宇宙大爆炸发生后,早期宇宙是极高温度和极高密度的均匀气体,随着宇宙的膨胀,宇宙的温度会降低,当温度降低到退耦温度(Td=0.26eV,相当于3000K)以下时,质子与电 子会复合生成氢原子并放出光子。当大多数自由电子被质子俘获后,光子就可以自由地在宇宙中传播,即宇宙对光子变得透明了,这就是我们能够观察到的宇宙中最古老的光,它携带了宇宙大爆炸后遗留下来的信息。由于宇宙学红移,我们现在观察到大爆炸后遗留下来光子频率的极大值已经移 动到了微波波段,这就是宇宙微波背景辐射(CMBR, Cosmic Microwave Background Radiation)。
1992年,NASA曾发射过一颗宇宙背景探测者卫星(COBE)并观测到了宇宙微波背景辐射在不同方向上存在着微弱的温度涨落。为了进一步研究这种各向异性现象,今年NASA的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)第一次清晰地绘制了一张宇宙婴儿时期(大爆炸后不到38万年)的图像。这张清晰的早期宇宙图像标志着宇宙学进入了一个新的时代。
 宇宙背景探测者卫星(COBE)观测结果
 威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)观测结果
宇宙的年龄大约是130亿年,38万年寿命宇宙的图像相当于一个80岁的人在他出生当天拍下的照片。
有了这一进展,以及今年一系列与之相关的其他进展,延续几十年关于“暗物质是否存在”的争论画上了句号。五年前,科学杂志的封面曾刊登了一张爱因斯坦的漫画:他看起来被1998年的科学发现“加速中的宇宙”惊呆了——两组天文学家在死亡阶段恒星发出的咔咔声中发现了一种可怕力量的蛛丝马迹。
一些明亮的超新星使得宇宙学家可以用之确定宇宙在不同时期膨胀的速度。科学家们惊讶地发现宇宙正加速膨胀着,膨胀速度越来越快,而不是象先前认为的减速膨胀。减速膨胀理论是广义相对论的自然结果,曾得到天体物理学家的普遍相信。这就是神秘的“暗能量”的首次登场,一种未知的力量抵抗着引力并把星系相互分开。
尽管来自超新星的数据是十分明确的,但许多宇宙学家仍然犹豫不决是否要支持“暗能量”这一古怪的概念。全世界的天文学家都迫不及待地采用不同的方法去验证这种不可避免的力是否存在。
今年,关于“暗能量是否存在”的争论已告结束,今后不会再有科学家去怀疑暗能量的存在性。他们将试图去解决暗能量是由什么构成的,它能提供哪些关于宇宙诞生和演化的信息等新问题。
残存的关于暗能量存在性的怀疑以及宇宙组成的问题已经在WMAP卫星描绘出迄今最清晰的宇宙微波背景(CMB, cosmic microwave background)辐射地图后而烟消云散。CMB是宇宙中最早的光, 是当新生宇宙还是一团炽热的等离子球体时所发出的光辐射。这种微弱的微波辐射弥漫在我们的周围,就像远处一堵火墙(wall of fire)发出的热辐射一样。记录在这面火墙上的信息就是微小的温度涨落(和其他一些性质),这提供了宇宙组成的信息。
在恒星和星系形成之前,宇宙是一团炽热发光的等离子体,引力与光的效应在那里激烈地竞争。大爆炸让整个宇宙振动并象钟一样发出巨响,压力波在等离子体内传播,挤压并拉扯着等离子体内的物质。

暖色区域表示宇宙冷却过程中, 在背景辐射中被压缩的、稠密的等离子体,冷色区域则表示稀薄气体。
正如钟的音调是由它的形状和材料决定,早期宇宙的“声音”(对应微波背景中冷暖区域的尺寸和分布)依赖于宇宙的组成和它的形状。WMAP是最终让科学家得以聆听天籁之音的手段,同时它也描绘出我们生活的这个宇宙是什么类型的。
WMAP给出的答案既让我们觉得烦恼又让我们觉得高兴。WMAP的数据证 [1] [2] 下一页 |