借助宇宙微波背景回溯時(shí)間和空間的起點(diǎn)

宇宙有沒(méi)有邊界，它的未來(lái)是什么？

目前，宇宙學(xué)已發(fā)展成為一門(mén)較為成熟的學(xué)科，通過(guò)一些探測(cè)手段，對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)精確度可以達(dá)到百分比的水平，即精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。這也意味著我們可以在最大尺度上了解整個(gè)宇宙。

值得一提的是，最大尺度上的宇宙和最早期的宇宙其實(shí)相當(dāng)簡(jiǎn)單，憑借幾個(gè)特殊參數(shù)就可以輕松描繪出其主要特征。

當(dāng)前人類(lèi)對(duì)宇宙的了解本質(zhì)上囊括于所謂的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型之中，其和我們對(duì)宇宙的觀(guān)測(cè)結(jié)果十分吻合。此外，該宇宙模型不僅具有可驗(yàn)證性，也可以利用其對(duì)宇宙的未來(lái)做出預(yù)測(cè)。當(dāng)然，若有必要，我們也可以對(duì)它進(jìn)行刪改或增添內(nèi)容。

同時(shí)，該模型很關(guān)鍵地指出了宇宙的構(gòu)成：約5%的原子物質(zhì)（常規(guī)物質(zhì)，比如人類(lèi)自身）、約25%的暗物質(zhì)，其余70%為暗能量。

觀(guān)測(cè)宇宙學(xué)專(zhuān)家、普林斯頓大學(xué)物理系主任、《宇宙小史》作者萊曼·佩奇說(shuō)，我們一般以宇宙微波背景，即宇宙誕生時(shí)遺留下來(lái)的一種微弱熱輻射為線(xiàn)索來(lái)理解宇宙。

比如，暗物質(zhì)就是通過(guò)宇宙微波背景，進(jìn)而根據(jù)它的引力效應(yīng)推斷出的。盡管目前人類(lèi)還沒(méi)有直接探測(cè)到它，也不確定其是否可以被探測(cè)，但我們知道暗物質(zhì)一定就在那里。

“就好像有一天你發(fā)現(xiàn)你的書(shū)包很重，你把所有的書(shū)都拿出來(lái)，卻仍然無(wú)法拿動(dòng)書(shū)包。那么里面肯定還有別的東西，你只需要不斷‘ 深挖 ， 直到找到它， ” 佩奇補(bǔ)充說(shuō)，“而且，我們有充分的證據(jù)證明通過(guò)宇宙微波背景來(lái)理解宇宙方式的合理性?！?/p>

佩奇已經(jīng)從事宇宙微波背景的研究很多年。其曾因“在解開(kāi)宇宙年齡方面取得的重大成果”，獲得被譽(yù)為“東方諾貝爾獎(jiǎng)”的邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng);也作為威爾金森微波各向異性探測(cè)器實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一員，而獲得2018年“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”。該團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)理由為“繪制了早期宇宙的詳細(xì)地圖，升級(jí)了人類(lèi)對(duì)宇宙演化的認(rèn)知”。異性探測(cè)器主要用于對(duì)宇宙年齡進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。

在介紹通過(guò)宇宙微波背景能獲得什么樣的宇宙學(xué)新知識(shí)時(shí)，他解釋說(shuō)，可以將其看作是圍繞著我們的一個(gè)“光的外殼”，該外殼位于可觀(guān)測(cè)宇宙的邊緣。

據(jù)了解，宇宙微波背景和太陽(yáng)或者電爐的熱輻射類(lèi)似， 但它的溫度極低， 只有2.725K，僅比絕對(duì)零度（0K，熱力學(xué)最低溫度）高2.725攝氏度，故其又被稱(chēng)為“3K背景輻射”。這從側(cè)面也反映出其古老的起源，對(duì)它的理解可以說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的根基。

宇宙微波背景正在持續(xù)不斷地為人類(lèi)提供各種對(duì)宇宙新的洞察。另外，從其中得到的大部分信息都來(lái)自于宇宙中不同位置的溫度變化。

若有一個(gè)觀(guān)測(cè)者在遠(yuǎn)處觀(guān)測(cè)銀河系，那么其眼中的銀河系就是上圖中顯示的樣子，整體形狀類(lèi)似于一個(gè)中間有凸起的圓盤(pán)。

在深入研究宇宙微波背景的各種特性、人類(lèi)能從中獲得哪些信息之前，首先得了解一些基本概念。在基礎(chǔ)知識(shí)部分，有兩項(xiàng)主要線(xiàn)索，即光速恒定有限和宇宙正在膨脹。

值得一提的是，要想通過(guò)書(shū)籍把最新的科研成果呈現(xiàn)給讀者，一個(gè)大的難點(diǎn)就是如何讓書(shū)籍保持一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈喿x難度。

佩奇為了讓他著作的《宇宙小史》閱讀起來(lái)更淺顯直接，對(duì)書(shū)中很多術(shù)語(yǔ)和科學(xué)概念都作出了清晰解釋。同時(shí)，閱讀該書(shū)所需的數(shù)學(xué)知識(shí)并不復(fù)雜，“也就是‘距離=速度×?xí)r間這種水平。”他說(shuō)道。

雖然該書(shū)篇幅不長(zhǎng)，只有15萬(wàn)字，但卻為讀者呈現(xiàn)了整個(gè)宇宙的相關(guān)知識(shí)。關(guān)于宇宙的大小、成分、幾何結(jié)構(gòu)、演化過(guò)程、用來(lái)描述宇宙的物理定律和宇宙學(xué)的前沿領(lǐng)域等在書(shū)中都有介紹，此外，還包括這些知識(shí)的具體發(fā)現(xiàn)過(guò)程。這本書(shū)的核心是關(guān)于對(duì)宇宙的觀(guān)察和解釋?zhuān)⒅赋隽丝赡艿慕忉屖侨绾伪蛔C偽或擴(kuò)充的。

此書(shū)還通過(guò)相關(guān)物理表述，將目前對(duì)宇宙研究的觀(guān)測(cè)結(jié)果編織成一幅統(tǒng)一的宇宙圖像。

當(dāng)然，書(shū)中展示的宇宙圖像只是宇宙眾多可能性中的一種，但這幅圖像能夠以最少的假設(shè)來(lái)闡釋人類(lèi)所掌握的科學(xué)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，并會(huì)在之后的各種觀(guān)測(cè)中向世人揭露這幅圖像到底正確與否。

同時(shí)，書(shū)籍末尾也列舉了一些當(dāng)前宇宙學(xué)未解決的問(wèn)題，供讀者分析探討。

宇宙學(xué)是令人著迷的一片科研“ 圣地”。在實(shí)驗(yàn)和理論領(lǐng)域，科學(xué)家們正在不斷進(jìn)行更加深入的探索。也正是通過(guò)科學(xué)家的不懈努力， 才使人類(lèi)能夠突破肉體的局限，將目光拓展到目所能及之外的世界，直至宇宙邊緣。