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解读宇宙微波背景辐射B模偏振 暴涨产生原初引力波
2015-09-28 09:04:37 来源:中国科技网-科技日报  作者:
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  原标题听到了,那是宇宙的第一声啼哭解读宇宙微波背景辐射B模偏振

  本报记者徐 玢综合外电

  利用一台设在南极,名为“宇宙河外偏振背景成像”(BICEP)的望远镜,美国科学家捕捉到引力波在宇宙最初图景中产生的涟漪。北京时间3月18日凌晨零点,哈佛大学史密森天体物理学中心宣布,在宇宙微波背景辐射中观测到B模式偏振。这一发现的意义是什么?它能如何揭示宇宙诞生之谜?

  宇宙暴涨理论与引力波有什么关系?

  暴涨理论最早由美国物理学家阿兰·古斯(AlanGuth)提出。他认为,在大爆炸后的10-37秒时,宇宙发生了一次急剧的膨胀,宇宙从不到一个原子大小膨胀到一个足球的大小。暴涨理论能解释宇宙学家面临的诸多难题,例如为什么可观察宇宙表现出惊人的一致性。尽管暴涨理论与宇宙学观测的各项数据相符合,科学家仍缺少它存在的确凿证据。

  但宇宙学家认为,暴涨过程中短暂但剧烈的膨胀会产生引力波,将时空在一个方向压缩的同时在另一方向拉伸。今天,原初引力波仍在宇宙中传播,但它们极其微弱、无法直接探测。它们会在微波背景辐射中留下印迹:使辐射偏振,形成螺旋状的特殊形态。这被科学家称之为宇宙微波背景的B模偏振。

  宇宙微波背景B模偏振的发现有什么意义?

  马克·卡米奥库斯基是最初对宇宙微波背景B模偏振进行计算的宇宙学家之一,这位约翰霍普金斯大学的教授评价说,这一发现如同暗能量、宇宙微波背景一样,是几十年才有一次的重大发现。

  从科学上看,它首先验证了暴涨理论的正确性。大爆炸之后38万年时,辐射首次得以在宇宙中自由穿行,宇宙微波背景辐射便是那时留下的痕迹。而引力波则出现于宇宙大爆炸后一瞬间,并叠加在微波背景辐射的信号上。宇宙微波背景辐射B模式的发现,使宇宙可追溯的历史大大提前。

  这也是宇宙在暴涨过程中产生原初引力波的证据。100年前,爱因斯坦预言了引力波的存在,但他同时认为引力波非常微弱,可能永远无法探测到。宇宙河外偏振背景成像(BICEP)望远镜的发现间接证明了引力波的存在,这可能是目前对引力波最为信服的证据。

  过去科学家认为暴涨是一种量子现象,而引力是经典物理范畴的作用力。新发现说明引力实质上也是一种量子现象,与自然界的其他三种基础作用力一样。协调经典力学和量子理论一直是理论物理学家面临的难题,宇宙微波背景的B模偏振无疑在两者之间架设了桥梁。

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责任编辑:罗琳

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