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普朗克卫星承载“新物理学”使命

普朗克卫星承载“新物理学”使命
2019年12月09日 17:00 新浪网 作者 邓如山

  德国海德堡大学和欧洲大学、研究机构的物理学家组成了“普朗克团队”,他们分析了欧洲航天局普朗克卫星使命收集的数据,对热议的物理话题——暗能量和宇宙引力理论取得了新的见识,新的探测成果显示了“大名鼎鼎”的宇宙学标准模型依然有效,大爆炸模型很好地解释了宇宙的演变进程。科学团队将普朗克卫星数据和其它天文学观测的数据进行比较,他们发现了需要进一步分析的几种偏离现象,“异常现象”也许来源于测量的不确定性、或来源于未曾发现的物理特性。如果异常现象得到了合理解释,那么“不可动摇”的爱因斯坦引力理论可能受到挑战,科学团队相信,未来更加先进的卫星使命和对普朗克卫星数据分析读将产生“新物理学”研究的主要动力。

  从2009年到2013年,欧洲航天局(ESA)完成了普朗克卫星的使命行动,科学团队测量了弥散在太空的宇宙微波背景辐射(CMB),它是一种起源于大约137亿年前的大爆炸辐射,在宇宙发生大爆炸后的38万年,宇宙“婴儿期”的辐射随着宇宙的膨胀转变为人们今天观测的遍布宇宙天空的微波辐射。从2009年到2013年,普朗克卫星精确测量和描绘了宇宙太空的微波辐射图谱,史无前例的精确度测量成果以论文形式发表在世界主要的科学刊物上,海德堡大学理论物理所(ITP)的宇宙学研究小组在“普朗克团队”中发挥了重要作用。

  

普朗克卫星承载“新物理学”使命

  宇宙学研究小组的组长瓦莱里娅·佩科里诺博士解释说,对宇宙微波背景辐射的精确测量显示,在不同的太空区域存在辐射温度的微小差别,微小的温度起伏在太空辐射谱图上看起来好像一个个小的斑点,谱图上的每一个斑点代表了一个太空区域略高的温度、或略低的温度。科学家在之前的研究中发现,仅用6种物理参数可以相当精确地描述宇宙在大爆炸之后的演变过程,这些是在宇宙学标准模型中使用的参数。科学团队的成员以宇宙微波背景辐射的微小温差为依据,以前所未有的精确性确定了宇宙学的“六种参数”,其中的一个参数是科学家“梦寐以求”的暗能量指标,暗能量被认为占到宇宙总能量的70%,它是宇宙演变的推动者和“终结者”,暗能量的“第一作用力”加速了宇宙的膨胀。

  对暗能量的研究处于科学的“婴儿期”,不必高估人类在智慧和智能时代取得的一切科技成果,人类在智慧信息的4G和5G通讯时代并非无所不能,人们实际上难以治理令人呼吸不畅的雾霾,人类现有的科技水平远不能揭示暗能量的神秘性质。从宇宙微波背景辐射的数据显示,暗能量存在的可能性很大,然而,科学家对暗能量的性质停留在一知半解的阶段。通过分析普朗克卫星的最新数据,科学团队将不同的宇宙学模型置于严格的检验之中,他们充分考虑了暗能量的作用和改进现有引力理论的可能,甚至可能对普遍接受的爱因斯坦引力理论提出若干质疑,仅有对爱因斯坦的广义相对论提出质疑的勇气远远不够。科学团队使用了其它的观测数据,其中包括重子声波震荡,它是一种来自极早期宇宙的密度波,其中包括哈勃常数的测量数据,哈勃常数反映了宇宙目前阶段的膨胀率,科学团队使用了对特定类型超新星的观测数据,它们反映了晚年的大质量恒星发生大爆炸时的物理指标。

  

普朗克卫星承载“新物理学”使命

  科学团队以普朗克卫星的数据为基础确定了暗能量过去的比例,他们感到十分惊奇,早期宇宙的暗能量比重显著低于他们的预期,科学家直到目前为止一直认为,在宇宙微波背景辐射发生的时代,暗能量在整个宇宙能量所占比重的最大值为1%,对普朗克数据的分析表明,暗能量占整个宇宙能量的比重小于0.4%,佩科里诺博士解释说,这说明目前的宇宙学标准模型存在很大问题,根据目前的暗能量模型推论,在早期宇宙存在更高比重的暗能量。

  对普朗克卫星数据的分析揭示了现有引力理论的某些缺陷,与引力有关的数据不完全符合宇宙标准模型的预测,数据的偏离十分微小,偏离程度取决于科学小组采用的数据组,他们进一步检验和研究了其它数据组。进一步的分析可能带来新的发现,现在不能判断偏离的数据意味着爱因斯坦引力理论的缺陷,他们引用的数据本身可能出现问题,也许爱因斯坦的引力理论遭遇了困境,物理学家似乎回到了问题原点。物理学家期待,对普朗克卫星数据的分析在宇宙学的暗能量和引力理论中发挥关键作用,甚至决定未来物理学的走向。物理学家的质疑将给未来的卫星使命带来充满想象的动力。质疑是科学思维的本质,猜测与反驳是推动科学进步的力量,科学的质疑之声从未中断,科学质疑成为科学精神的一个重要特征。科学质疑不同于日常生活的怀疑,对生活的过多怀疑妨碍了对美和道德的遵循,对人生幸福和社会价值的追求不利。欧洲科学家计划在2020年实施欧几里得卫星使命,海德堡大学的物理学家和天文学家将再次成为使命行动的主要参与者。

  

普朗克卫星承载“新物理学”使命

  (编译:2015-3-8)

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