宇宙微波背景图谱隐含“奇异物理学”
刚刚发布的欧洲普朗克卫星的“宇宙地图”比宇宙观测史上曾经有过的图谱更具细节性,这幅反映了宇宙早期最古老光线状况的图谱揭示了一些异常现象,这些现象激发了科学家的警觉和好奇心,他们在探究异常的宇宙波动现象中也许能够建立一门新的宇宙物理学,存在创新现有物理学架构的可能。新版本的宇宙图谱追踪了弥散在太空的古老光线微小的温度变化,宇宙学家把这种古老的光线称之为宇宙微波背景(CMB),它是古老光线遗存的“活化石”,“宇宙地图”描绘了“光化石”在整个太空分布状态,图谱显示了“光化石”微小的温度差异,最古老的光线在宇宙大爆炸之后的38万年发出,这些古来的光线最终形成了CMB,它是一种记载了我们的宇宙如何形成的印记。
普朗克卫星提供的最新数据符合宇宙学家有关宇宙如何形成的主流观点,根据宇宙暴涨论的观点,宇宙在一场大爆炸之中诞生,它从微小、几乎无限密度和热度的状态迅速地膨胀开来,就像气球被吹气时发生的膨胀一样,宇宙诞生后的暴涨速度极快,每10-35次方秒的时间,体积增长到原来的两倍。根据暴涨基本模型的解释,宇宙的膨胀在空间的所有方向表现了一致性,膨胀过程不存在方向的偏好,普朗克卫星带来的新发现告诉人们,宇宙的膨胀过程也许违背了各向同性的特征。约翰·霍普金斯大学的天体物理学家马克·卡米奥库斯基在NASA举行的新闻发布上谈了自己的看法,暴涨理论的一大特征是宇宙在膨胀的方向上没有主次和先后之分,宇宙膨胀在所有的方向上因该相互一致,观测的事实却是另一翻景象,科学家用肉眼从普朗克图谱中看出,宇宙的一面和另一面不同,这说明CMB的温度变化出现了斑点的大小和间隔的不同,普朗克图谱从一个方向和另一个方向看上去不同。
其它的异常现象同样存在,大尺度空间不同于小尺度空间的变化数据,一些明显的特征,诸如:异常大的冷温点,它是基本的宇宙暴涨模型没有预测的。美国普朗克项目的科学家查尔斯·劳伦斯在加州帕萨迪纳的NASA喷气动力实验室开展项目研究,他认为最后的数据显示了一些令人吃惊的特征,乐此不疲的科学团队希望对这些特征作出更好的解释,从中探索宇宙的深层次问题。一方面,一些科学家对宇宙图谱出现的偏差怀有一丝失望的情绪,这类偏差违反了标准模型的理论预测,另一方面,他们感到鼓舞,产生了解释偏差原因的浓烈兴趣,对偏差的解读可能导致新的研究途径,甚至朝着解开暗物质和暗能量奥秘的方向发展,暗物质和暗能量是两种长期困惑和挑战科学家智慧和思维的宇宙成分,他们至今没有找到准确的答案,现有的主流宇宙学理论不能解释两种现象和它们的本质。
根据CMB新的测量数据进行计算,普朗克项目的科学家得出了“宇宙学参数”,其中的宇宙年龄为138亿年,宇宙的膨胀速率为47、73英里每秒、每百万秒差距,或67、15公里每秒、每百万秒差距(1秒差距为3、26光年),从两个数据看出,我们的宇宙比过去估计的更古老,它的膨胀速度更慢。宇宙的膨胀速度被称之为哈勃常数,普朗克卫星测定的哈勃常数显著地低于用其它天文手段测量的数据。加州大学伯克利分校的科学家马丁·怀特是美国普朗克项目的成员,他认为重新测定的宇宙膨胀率是一项震撼人心的成果,现在与过去的数据有冲突,这种数据的出入是由不同的测量技术带来的,科学家或者期待以新的数据为基础,指出宇宙学标准模型的不足和错误因素;或者期待创新思想的产生,寻求一种特别的物理学。
宇宙膨胀和暗能量概念实现了深度结合,科学家以假设的暗能量推测宇宙膨胀产生的原因,他们相信暗能量推动了星系的相互分离,然而,理论假说在得到证实之前只能是一种推测。普朗克卫星数据的新发现为科学家指示一条新的研究路径,他们可能考虑暗能量随时间的推移而发生变化的特性,暗能量可能是一种物理变量。如果暗能量在一个给定体积的空间以某种方式随时间的增加而增大,那么现在的数据与过去的模型预测将保持一致,现在的计算结果与过去的理论模型产生的“冲突”将趋向缓和,怀特认为这是一种非常激进的观点,人们需要谨慎地对待新理论模型的可能。从普朗克图谱异常现象推出了更为激进的结论:多重宇宙和宇宙泡泡。
多重宇宙和宇宙泡泡理论在宇宙学的研究中最有争议,一些科学家相信,在不同区域发生的原初宇宙暴涨中诞生了不同的宇宙,或宇宙的诞生就像“吹泡泡”一样,在一个个的“泡泡宇宙”中产生了多重宇宙,我们的宇宙只是其中的一个,多重宇宙的膨胀率各有不同,而“泡泡宇宙”的相互碰撞造成了非均衡的情形,这是我们的宇宙暴涨在不同时空方向上出现差别的原因,以“泡泡宇宙”的相互碰撞来解释我们宇宙的暴涨在各个方向的不一致,这种推测是一种极为激进的观点。约翰·霍普金斯大学的物理学家马克·卡米奥库斯基认同“多重宇宙”的推测,他认为异常现象的事实存在于大尺度的宇宙范围,人们不能忽略事实的存在,新的理论也许能够解答目前的理论不能解答的异常问题,一个多重宇宙的存在有待未来的证实。
(编译:2013-3-27)