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美科学家清楚听见宇宙大爆炸余响

发布时间:2019-10-13 02:07:01

美科学家清楚“听见”宇宙大爆炸“余响”

图为科学家在南极用BICEP2望远镜发现引力波。

仰望浩渺的星空,人们总想问:宇宙从何而来?美国物理学家17日宣布,首次发现了宇宙原初引力波存在的直接证据。这将帮助解答宇宙诞生之谜,被认为是诺贝尔奖级别的重大成果。

信号“比预想中强烈”

美国哈佛—史密森天体物理学中心等机构物理学家利用架设在南极的BICEP2望远镜,观测宇宙大爆炸的“余烬”——微波背景辐射。微波背景辐射是由弥漫在宇宙空间中的微波背景光子形成的,计算表明,原初引力波作用到微波背景光子,会产生一种叫做B模式的特殊偏振模式,其他形式的扰动,都产生不了这种B模式偏振,因此B模式偏振成为原初引力波的“独特印记”。观测到B模式偏振即意味着引力波的存在。

南极是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。研究人员在这里发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号,随后经过3年多分析,排除了其他可能的来源,确认它就是原初引力波导致的。研究共同作者、明尼苏达大学的克莱姆普赖克说:“这就好像要在草堆里找一根针,结果我们找到了一根铁撬棍。”

大爆炸之初得以一窥

在天文学几百年来的发展过程中,人们观测宇宙的主要手段是观测光

,也就是说几乎所有天文实验都是在收集光子。而根据标准宇宙大爆炸理论,大爆炸之后约40万年,光子、电子及其他粒子混在一起,宇宙处于晦暗的迷雾状态,光无法穿透。而引力波则不同,它诞生在宇宙大爆炸之初并以光速传播。从事引力波研究多年的美国亚利桑那州立大学理论物理学家劳伦斯克劳斯认为,引力波被测量到,意味着人们可以通过引力波而一直追溯到大爆炸之后仅仅10的负35方秒的极早时期

,同时引力波也可以作为另一种观测宇宙的手段。引力波天文学这门新学科的大门也由此打开。

完整广义相对论拼图

新发现还将有助于真正理解宇宙大爆炸原初时刻的物理过程。根据上世纪80年代逐渐发展起来的暴涨理论,140亿年前,在大爆炸之后不到10的负35方秒的时间里,宇宙以指数速度急剧膨胀,即所谓“暴涨过程”。原初引力波忠实记录了暴涨时期的物理过程。

此外,新发现也填补了广义相对论实验验证中最后一块缺失的拼图,让现代物理学的根基更加坚实。

劳伦斯克劳斯说,虽然这项成果还需要得到进一步验证,但“无论怎样,都令人激动”。如被证实,将“可以跻身过去25年最重要的宇宙学发现之列”

,有望获得诺贝尔奖。

“世纪悬案”

原初引力波是爱因斯坦于1916年发表的广义相对论中提出的。它是宇宙诞生之初产生的一种时空波动,如同创世纪大爆炸的“余响”,将帮助人们追溯到宇宙创生之初的一段极其短暂的急剧膨胀时期,即所谓“暴涨”。

然而,广义相对论提出近百年来,引力波却始终未被直接探测到,问题就在于其信号极其微弱,技术上很难测量,因此也有人将之戏称为“世纪悬案”。(林小春)

原标题:美科学家清楚“听见”宇宙大爆炸“余响”

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稿源:新华

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