借助宇宙微波背景回溯時間和空間的起點

本文格式為Word版，下載可任意編輯—4—借助宇宙微波背景回溯時間和空間的起點

宇宙有沒有邊界，它的未來是什么？

目前，宇宙學已發(fā)展成為一門較為成熟的學科，通過一些探測手段，對宇宙的認識準確度可以達到百分比的水平，即準確至小數(shù)點后兩位。這也意味著我們可以在最大尺度上了解整個宇宙。

值得一提的是，最大尺度上的宇宙和最早期的宇宙其實相當簡單，依據(jù)幾個特別參數(shù)就可以輕松描繪出其主要特征。

當前人類對宇宙的了解本質上囊括于所謂的標準宇宙模型之中，其和我們對宇宙的觀測結果十分吻合。此外，該宇宙模型不僅具有可驗證性，也可以利用其對宇宙的未來做出預計。當然，若有必要，我們也可以對它進行刪改或增加內容。

同時，該模型很關鍵地指出了宇宙的構成：約5%的原子物質（常規(guī)物質，譬如人類自身）、約25%的暗物質，其余70%為暗能量。

觀測宇宙學專家、普林斯頓大學物理系主任、《宇宙小史》萊曼·佩奇說，我們一般以宇宙微波背景，即宇宙誕生時遺留下來的一種微弱熱輻射為線索來理解宇宙。

譬如，暗物質就是通過宇宙微波背景，進而根據(jù)它的引力效應推斷出的。盡管目前人類還沒有直接探測到它，也不確定其是否可以被探測，但我們知道暗物質一定就在那里。

“就好像有一天你發(fā)現(xiàn)你的書包很重，你把所有的書都拿出來，卻仍舊無法拿動書包。那么里面確定還有別的東西，你只需要不斷‘深挖，直到找到它，〞佩奇補充說，“而且，我們有充分的證據(jù)證明通過宇宙微波背景來理解宇宙方式的合理性。〞

佩奇已經從事宇宙微波背景的研究好多年。其曾因“在解開宇宙年齡方面取得的重大成果〞，獲得被譽為“東方諾貝爾獎〞的邵逸夫天文學獎;也作為威爾金森微波各向異性探測器試驗團隊的一員，而獲得2022年“基礎物理學突破獎〞。該團隊獲獎理由為“繪制了早期宇宙的詳細地圖，升級了人類對宇宙演化的認知〞。異性探測器主要用于對宇宙年齡進行精準測量。

在介紹通過宇宙微波背景能獲得什么樣的宇宙學新知識時，他解釋說，可以將其看作是圍圍著我們的一個“光的外殼〞，該外殼位于可觀測宇宙的邊緣。

據(jù)了解，宇宙微波背景和太陽或者電爐的熱輻射類似，但它的溫度極低，只有2.725K，僅比絕對零度（0K，熱力學最低溫度）高2.725攝氏度，故其又被稱為“3K背景輻射〞。這從側面也反映出其古老的起源，對它的理解可以說是標準宇宙模型的根基。

宇宙微波背景正在持續(xù)不斷地為人類提供各種對宇宙新的洞察。另外，從其中得到的大部分信息都來自于宇宙中不同位置的溫度變化。

若有一個觀測者在遠處觀測銀河系，那么其眼中的銀河系就是上圖中顯示的樣子，整體外形類似于一個中間有凸起的圓盤。

在深入研究宇宙微波背景的各種特性、人類能從中獲得哪些信息之前，首先得了解一些基本概念。在基礎知識部分，有兩項主要線索，即光速恒定有限和宇宙正在膨脹。

值得一提的是，要想通過書籍把最新的科研成果浮現(xiàn)給讀者，一個大的難點就是如何讓書籍保持一個恰當?shù)拈喿x難度。

佩奇為了讓他著作的《宇宙小史》閱讀起來更淺顯直接，對書中好多術語和科學概念都作出了清楚解釋。同時，閱讀該書所需的數(shù)學知識并不繁雜，“也就是‘距離=速度×時間這種水平。〞他說道。

雖然該書篇幅不長，只有15萬字，但卻為讀者浮現(xiàn)了整個宇宙的相關知識。關于宇宙的大小、成分、幾何結構、演化過程、用來描述宇宙的物理定律和宇宙學的前沿領域等在書中都有介紹，此外，還包括這些知識的具體發(fā)現(xiàn)過程。這本書的核心是關于對宇宙的觀測和解釋，并指出了可能的解釋是如何被證偽或擴展的。

此書還通過相關物理表述，將目前對宇宙研究的觀測結果編織成一幅統(tǒng)一的宇宙圖像。

當然，書中展示的宇宙圖像只是宇宙眾多可能性中的一種，但這幅圖像能夠以最少的假設來闡釋人類所把握的科學觀測數(shù)據(jù)，并會在之后的各種觀測中向世人揭露這幅圖像畢竟正確與否。

同時，書籍末尾也列舉了一些當前宇宙學未解決的問題，供讀者分析探討。

宇宙學是令人著迷的一片科研“圣地