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武向平. 天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑[J]. 物理, 2015, 44(06): 411-417. DOI: 10.7693/wl20150610
引用本文: 武向平. 天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑[J]. 物理, 2015, 44(06): 411-417. DOI: 10.7693/wl20150610

天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑

  • 摘要: 今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天”的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21 世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929 年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948 年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50 K(1956 年修正为6 K),并锁定在微波波段。而在1965 年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射)被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992 年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文实验,已经把大爆炸火球的脸谱勾画得越来越清晰,其测量精度甚至达到了百万分之一!

     

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