书城自然宇宙进化史
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第10章 婴儿宇宙

婴儿宇宙是什么

婴儿宇宙是像婴儿般大的宇宙吗?当然不是!这是从年龄上对宇宙的描述。

我们现在知道宇宙的年龄的确是有限的,宇宙是在大约137亿年前大爆炸形成的。

计算表明,要把地球的夜空全部照亮,.要花上以数亿年计的时间,远处的星光才能都抵达地球。显然我们的宇宙还太年轻了。

宇宙不是无限的,因而恒星的数量是有限的。但是,即使恒星的数量是近乎无限的,也不足以照亮整个地球的夜空。

1848年,美国小说家爱伦坡在一篇随笔中指出,唯一的出路是假定远处的星光还来不及照到地球上来。也就是说,宇宙在时间上有一个起点,而且宇宙的年龄还没有老到足以让我们见到所有远处恒星发出的光。

然而,宇宙在诞生之前是没有时间的,所以,宇宙有一个时间上的起点。从那个点开始,宇宙发生了大爆炸,形成了现在的宇宙。

宇宙在不断膨胀,就像人在不断生长一样。那么,宇宙诞生的初期,就像是人类刚出生时的婴儿时期,所以就有了“婴儿宇宙”这一称谓。

婴儿宇宙的面貌2003年2月12日,新华社发布消息说,一个国际天文学家小组利用美国宇航局的微波背景辐射探测器,获得了迄今为止宇宙“婴儿期”最精细的照片,成为宇宙大爆炸理论的新依据。

当天的《纽约时报》报道,这张照片是美国宇航局“威尔金森微波各向异性探测器”第一年观测的结果的结晶。因为照片的细节非常丰富,一些科学家认为这是近几年来基础科研领域最重要的成果之一。

威尔金森微波各向异性探测器,耗资1.45亿美元,于2001年6月进入太空,运行轨道在距地球约160万公里的“第二拉格朗日点”附近,主要任务是观测宇宙微波背景辐射。微波背景辐射是宇宙大爆炸留下的“证据”,其中存在着细微的温度波动,从这些波动中能推算出“大爆炸”后约38万年的宇宙原始结构,我们的宇宙的星系就是以这些结构为基础形成的。

通过对照片所包含的数据与其他天文观测结果的比较,天文学家们为宇宙的年龄、组成等方面找到了更加准确的答案,他们据得出的测算结果显示,宇宙的年龄约为137亿年。这一计算比较精确,误差率仅是1%,是迄今为止获得的最高精度的数值。这张照片还显示,在宇宙的构成上,原子占4%,暗物质占23%,剩下的73%全是暗能量;在几何结构上,宇宙是“平坦”的,且会一直膨胀扩张下去。照片给出的这些结论让科学家们欣喜万分。研究小组成员、美国普林斯顿大学天体物理学家施佩尔格尔认为,这张照片能回答在过去的20年中,有关宇宙学研究的最重要问题,包括宇宙究竟有多少原子、年龄究竟有多大等。

这张照片显示的各方面结论为验证“大爆炸”等宇宙学基本理论提供了更准确、更有力的支持。普林斯顿高等研究院的巴卡尔指出,从照片得出的结论在哲学意义上标志着宇宙学研究摆脱了不确定阶段,进入了确定阶段。

科学家从这张照片中获得了一些令人意外的发现,如宇宙中第一批恒星可能在“大爆炸”后2亿年就开始发出光芒了,这与之前的结论相比,提前了几亿年。宾夕法尼亚大学的泰格马克认为,重要的观测结果是未来5年所有宇宙学研究的基础。

此外,美国超级计算机模拟出了“婴儿期”宇宙的图景。

这张模拟图由位于美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室研发的宇宙模拟器绘制完成,加州圣迭戈超级计算机中心也参与了这一项目。完成这一模拟图花费了400万CPU小时(CPU小时指的是一种网格计算公共服务。分布式网格计算仅用几天的时间就能完成在一般情况下需要几个月的工作)。阿贡国家实验室在高性能计算方面的实验和理论工作上的超强实力,为照片的准确性提供了保证。

这张图显示了刚诞生不久的宇宙早期图景,正是宇宙的婴儿期。据了解,它就好似是给半径约10亿光年的宇宙空间制造了一个模型。