神秘的宇宙加速膨胀引起科学家极大兴趣(图)

天文学家将在南极建造暗能量天文望远镜


【明慧网2002年9月6日】据芝加哥论坛(Chigaco Tribune)8月30日消息,来自芝加哥大学和其它四个研究所的天文学家小组正准备在南极建造一个望远镜以研究宇宙膨胀的奥秘。该小组已经获得国家自然科学基金一千六百六十万美元的资助,预计该望远镜在四年以后正式工作。

这个望远镜计划用于研究使宇宙加速膨胀的“暗能量”(Dark Energy)。 宇宙学家们认为我们宇宙起源于一次大爆炸,大爆炸使宇宙膨胀。这种膨胀速度应该是匀速的,或者因为星系之间的引力作用而逐渐减慢。

然而,宇宙好象故意跟宇宙学家们开了一个天大的玩笑:1998年、2002年两组独立的实验观测结果让科学家们大吃一惊,宇宙膨胀在加速!

加速膨胀的宇宙意味着在足够遥远的将来比如几十亿年以后所有的星星,星系和其它的物质将远离我们而去,宇宙将变成巨大的虚空。当然也有很多科学家并不相信这样的结论。

究其原因,可能是我们对引力所知甚少。引力是科学家们研究得最早的一种相互作用,以前一切似乎也很清楚,就是地球上使得“苹果落地”的那种作用力。但是宇宙学家们现在怀疑在宇宙尺度上,引力被某种称为“暗能量”的东西所产生的排斥所抵消,表现出正好相反的特性。

“我们的确有了反引力,只是在非常大的尺度上。”负责设计和建造暗能量望远镜的加州大学宇宙学中心主任布鲁斯·文斯坦(Bruce Winstein)说。

最奇怪是当宇宙膨胀时,它似乎能不断产生更多的暗能量来推动以加速它的膨胀。“如果暗能量真的占宇宙总质量的70%,且如现在的理论所估计的那样,那么现在它真的已经开始主宰宇宙中的一切了,”哈佛-斯密苏年天文物理中心的托尼·斯塔克说,“它将禁止所有新星系的产生,从现在起星系形成的数量将大为减少。”然而,实际的观测似乎并非如此,这么多年过去了,新星系的形成仍然非常活跃。
 
科学家们在南极建造暗能量天文望远镜,将观测距离我们50到70亿光年的星系团簇。按照现时的宇宙论,那时宇宙的大小只有现在的三分之一左右,那时的星系将迅速形成团簇。当微波辐射穿越这些团簇时,团簇中的尘埃会使辐射波长发生微小的变化,这些变化就告诉了科学家们早期宇宙中星系团簇的数目。

暗能量与宇宙学中的另一不解之迷“暗物质”不同,暗物质指的是将旋转星系中的星体维系在一起不分崩离析的那些观测不到的“物质”。科学家们通过对星系运动的观测发现,要想让旋转星系中的星体保持在星系中而不离心而去,单靠这些星体之间的“引力”是远远不够的,因此科学家们设想还有一种总质量比那些我们能观察到的星体大的多的神秘的看不见的物质--“暗物质”施加了引力。科学家们认为这类暗物质占宇宙质量的20%左右,而暗能量则占了约70%。而我们能够看得见的星体的质量只占10%左右。

宇宙中星系的旋转运动,是长期困惑科学家们的难题之一,而最近发现的宇宙加速膨胀使问题更加复杂:要维持一个旋转星系的稳定,必须有神秘的“暗物质”施加额外的引力;而要使宇宙加速膨胀,则需要“暗能量”施加超过星系之间引力作用的斥力。造成这种尴尬的原因很可能是科学家们对引力和天体运动规律认识的局限造成的。引力是英国科学家牛顿在前人研究太阳系内行星的运动的基础上提出的。后来物理学家爱因斯坦在广义相对论的框架上予以重新描述。引力虽然成功地描述了太阳系内行星的运动,但是在宇宙大尺度上却没有真正得到过实验的证实。而且美国航空航天局的科学家在多年前就发现,他们发射到太阳系以外的航天器的运动速度比以万有引力计算出的较慢,偏离按照万有引力定律所计算的轨迹。引力也是长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用,它的很多性质与其它相互作用力格格不入。太阳系的尺度与宇宙的尺度相比实在太小,把太阳系的观测结果无限外推到宇宙尺度是否可行,令人怀疑。或许这就是背后的原因。设想牛顿先知道现在观测到的星系的运动,而不是太阳系中的行星运动,他也许根本不会提出他的万有引力理论,就是提出也不太可能是今天我们知道的这个理论。来自暗能量望远镜的观测结果或许能为科学家们提供这方面的线索。

参考文献:

1.http://www.chicagotribune.com/news/nationworld/chi-0208300266aug30.story?coll=chi%2Dnewsnationworld%2Dhed
2.http://www.nature.com/nsu/020812/020812-2.html
3.The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 330, No. 2, 21 February 2002.
4.NASA News Release: http://www1.msfc.nasa.gov/NEWSROOM/news/releases/2001/01-199.html
5.http://www3.cosmiverse.com/news/space/0702/space07170203image1.html







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