包含宇宙中所有物质的详细新地图暗示了一些缺失的东西

包含宇宙中所有物质的详细新地图暗示了一些缺失的东西正如你所期望的那样,它并不是均匀地散开,而是有着一种随机性,所以某些地区的物质比其他地区多。随着时间的推移,密度较高的区域开始形成尘埃和气体云,然后凝结成恒星、星系和其他一切。通过研究今天宇宙中的物质分布,科学家可以更好地了解塑造宇宙的力量。这包括像暗能量这样的奥秘,暗能量被认为是推动宇宙膨胀随着时间而加速。现在,科学家们已经制作了迄今为止最精确的宇宙物质地图之一。这样做涉及到从两个不同的望远镜调查中收集大量的数据,并相互核对,这有助于减少一个数据集的任何错误干扰结果的可能性。第一个数据来源是暗能量调查,这个项目花了六年时间从智利的高空栖息地以近紫外、可见和近红外光扫描天空。第二个是南极望远镜,它研究宇宙微波背景(CMB)--大爆炸的余辉。新研究中比较的两张天空图--暗能量调查(左)和南极望远镜(右)。为了绘制该物质,科学家们专注于一种叫做引力透镜的现象。从本质上讲,具有巨大质量的物体实际上会扭曲时空本身,以至于光的路径在经过时将会弯曲。测量这种弯曲的程度可以让科学家们计算出一个特定区域内有多少质量,因此也有多少物质存在。该分析大多与目前最广泛接受的宇宙模型相吻合,即所谓的λ冷暗物质(ΛCDM)模型。然而,它可能不是一个完美的契合--该研究表明,物质聚集在一起的程度比我们想象的要小一些,这可能为一个全新的模型打开大门,以更好地解释现实。研究报告的作者埃里克-巴克斯特(EricBaxter)说:"看起来当前宇宙中的波动比我们假设的锚定在早期宇宙的标准宇宙学模型中的波动略小。"这并不是我们所谓的标准宇宙学模型中出现的第一个裂缝。ΛCDM要求存在一种叫做暗物质的神秘物质,只能通过它对常规物质的引力影响来观察。然而,尽管天文学家们确信它的存在,但几十年的实验都未能直接探测到它。还有一个问题叫做哈勃张力,以一种方式观察宇宙的结果是一个所谓的哈勃常数的具体数值,但是ΛCDM模型在其他观察方法的支持下却得出了一个完全不同的数值。更奇怪的是,两者都越来越确定,但却没有重叠,这表明物理学一个全新领域的存在。新项目的研究人员承认,他们对物质不那么容易凝结的性质的观察还没有达到确定所需的统计学意义的水平,未来的工作可能有助于确认这一点。无论怎样,这个新的宇宙物质地图将为未来的研究提供一个良好的基础。这项研究发表在《物理评论D》杂志的三篇论文中。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343227.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1343227.htm

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超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型

超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型德克萨斯大学达拉斯分校的一名天体物理学家等组成的研究小组,作为暗能量光谱仪(DESI)合作项目的一部分,正在领导一项旨在探索宇宙膨胀和加速的开创性实验。达拉斯UT大学自然科学与数学学院(NSM)物理学教授穆斯塔法-伊沙克-布沙基(MustaphaIshak-Boushaki)博士是DESI合作项目的成员,DESI合作项目是一个由来自全球70多个机构的900多名研究人员组成的国际小组,该小组参与了一项为期多年的实验,旨在加深对宇宙历史和命运的了解。4月4日,伊沙克-布沙基与其他两位DESI科学家在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会会议上,介绍了对DESI实验第一年所收集数据的分析。伊沙克-布沙基介绍了从DESI数据中推断出的宇宙学结果及其对宇宙的影响。研究人员还在预印本网站arXiv上发布的多篇论文中分享了第一年收集的数据结果。位于亚利桑那州基特峰国家天文台(KPNO)的DESI仪器从宇宙最遥远的地方收集光线,使科学家能够绘制出宇宙年轻时的样子,并追溯其演变到今天所观测到的情况。了解宇宙是如何演变的,关系到宇宙是如何终结的,也关系到物理学中最大的谜团之一:宇宙正在加速膨胀,这背后究竟隐藏着什么?对DESI第一年数据收集工作的分析证实了科学家们所认为的宇宙最佳模型的基本原理,但同时也暗示,关于宇宙加速的根本原因,还有更多的东西需要了解。DESI绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图。地球位于这张完整地图的薄片中心。在放大的部分,很容易看到我们宇宙中物质的底层结构。图片来源:ClaireLamman/DESI合作;cmastro定制的彩色地图软件包宇宙加速度是个问题,因为它违背了在太阳系和附近太空中观察到的万有引力的工作原理,而万有引力会使有质量的物体聚集在一起。伊沙克-布沙基说:"引力把物质拉在一起,所以当我们把一个球抛向空中时,地球的引力会把它拉向地球。但在最大尺度上,宇宙的作用却不同。它的行为就像有一种排斥力在把宇宙推开,加速宇宙的膨胀。这是一个大谜团,我们正在多方面进行研究。它是宇宙中未知的暗能量,还是爱因斯坦引力理论在宇宙尺度上的修正?"许多科学家认为暗能量在宇宙加速中起着关键作用,但对它的理解并不透彻。一些理论认为,暗能量是一个宇宙学常数,是空间的固有属性,是加速的驱动力。为了研究暗能量在过去110亿年中的影响,DESI小组利用迄今为止最精确的测量方法绘制了有史以来最大的宇宙三维地图。这是科学家首次以优于1%的精度测量年轻宇宙的膨胀历史。宇宙的主要模型被称为Lambda-CDM。它既包括普通物质,也包括一种很少相互作用的物质,即冷暗物质(CDM)和暗能量,称为Lambda。物质和暗能量都影响着宇宙的膨胀方式,但两者的方式截然相反。通过引力吸引,物质和暗物质减缓了宇宙的膨胀,而暗能量则加速了宇宙的膨胀。每种物质的数量都会影响宇宙的演化过程。伊沙克-布沙基说,这个模型可以有效地验证以前的实验结果,并描述宇宙在整个时间段内的样子。这段动画展示了重子声波振荡如何充当测量宇宙膨胀的宇宙尺。资料来源:克莱尔-拉曼/DESI合作和珍妮-努斯/伯克利实验室然而,当DESI的第一年结果与其他研究的数据相结合时,就会发现与Lambda-CDM模型预测的结果有一些微妙的差别。Ishak-Boushaki说:"我们的研究结果表明,宇宙标准模型出现了一些有趣的偏差,这可能表明暗能量正在随着时间的推移而演变。我们收集的数据越多,就越有能力确定这一发现是否成立。有了更多的数据,我们可能会为我们观察到的结果找出不同的解释,或者证实它。如果它持续存在,这一结果将揭示导致宇宙加速的原因,并为了解我们宇宙的演变迈出一大步"。更多的数据还将改进DESI的其他早期成果,这些成果涉及哈勃常数(衡量当今宇宙膨胀速度的指标)和中微子粒子的质量。DESI是首个进行完全盲法分析的光谱实验,它对科学家隐瞒了真实结果,以避免潜意识中的确认偏差。研究人员"盲目"地使用修改过的数据,并编写计算机代码来分析他们的发现。一切完成后,他们将分析结果应用于原始数据,以揭示实际答案。"Ishak-Boushaki博士的研究以及他与大约70个机构的科学家的合作揭示了关于我们宇宙的重要见解,其结果令人着迷,"NSM院长兼FrancisS.andMaurineG.Johnson杰出大学讲座教授DavidHyndman博士说。"UT达拉斯分校拥有如此世界一流的研究项目,看到我们的科学家在基础性发现中发挥关键作用,真是令人振奋"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434166.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1434166.htm

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最新研究挑战宇宙暗物质存在理论

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论宇宙的膨胀速度受到两种相互竞争的力量的影响:一种是减缓膨胀速度的引力,另一种是加速膨胀速度的暗能量。这张图显示了宇宙历史上的膨胀率,较浅的曲线表示膨胀较快,较陡的曲线表示膨胀较慢。大约75亿年前,宇宙开始加速膨胀,膨胀率发生了明显的变化。宇宙学模型普遍认为,宇宙中约27%为暗物质,普通物质不足5%,其余则为暗能量。其中,暗物质指所有似乎与光或电磁场不相互作用的物质,或只能通过引力解释的物质。人们看不到它,也不知道它由什么组成,但它有助于科学家揭示星系、行星和恒星的行为。在最新研究中,加拿大渥太华大学物理学教授拉金德拉·古普塔结合共变耦合常数理论和疲光理论得出结论称,宇宙中可能没有暗物质。其中共变耦合常数理论描述了自然力如何随着时间的推移而减弱;疲光理论则阐释了光经过“长途旅行”会损失能量。古普塔表示,他提出的新理论已经接受了测试,并被证明与一些观测结果相匹配。基于此前关于宇宙年龄为267亿年的研究,古普塔提出宇宙不需要暗物质存在的说法。“在标准宇宙学中,宇宙的加速膨胀被认为是由暗能量引起的,但实际上是由于自然力在膨胀时减弱,而不是暗能量。”古普塔说。“红移”是指光向光谱的红色部分移动。研究人员分析了文献中关于低红移时星系分布和高红移时声学视界的角大小的最新论文中的数据。古普塔说,目前已有几篇论文质疑暗物质的存在。最新论文是第一篇指出宇宙组成不需要暗物质,同时也能与某些宇宙学关键观测结果相吻合的论文。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424253.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424253.htm

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欧几里得:勘测整个宇宙以了解暗物质和暗能量的太空望远镜

欧几里得:勘测整个宇宙以了解暗物质和暗能量的太空望远镜这项任务原本计划使用俄罗斯的联盟号火箭从欧洲法属圭亚那的太空港发射,但在俄罗斯入侵乌克兰之后,欧空局和俄罗斯之间的合作被停止了。因此,取而代之的是该望远镜从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射,于美国东部时间7月1日星期六上午12点11分升空。该望远镜将前往一个名为L2的轨道,即第二个拉格朗日点,这与詹姆斯-韦伯太空望远镜和其他太空望远镜使用的轨道相同。这一轨道具有高度的稳定性,对于像"欧几里德"这样旨在收集极其详细的宇宙观测数据的任务来说尤为重要。如果行程顺利,欧几里德应该在四周内到达L2,然后进行两个月的准备工作,然后在10月初左右开始科学观测。在被封装在SpaceX猎鹰9号整流罩中后,2023年6月29日,欧几里德号被运往美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角航天发射场(SLC-40)图/欧空局欧几里德号将对宇宙进行广泛和深入的调查,将图像拼接在一起,创建一个宇宙地图,以帮助了解两个神秘的概念:暗物质和暗能量,前者约占存在的一切的27%,后者约占宇宙的68%。我们可以观察到的每一个原子、分子和物质都构成了剩下的5%的微小物质,被称为普通物质或重子物质。该望远镜正前往詹姆斯-韦伯太空望远镜所使用的相同轨道。我们知道,暗物质和暗能量必须存在,因为星系的运动和宇宙的扩张方式。然而,它们是非常难以研究的,因为暗物质不与光互动,而暗能量是一种未知的能量形式。所以要找到它们的证据,我们需要在一个非常大的范围内寻找。欧空局欧几里德项目经理朱塞佩-拉卡在一次新闻发布会上解释说:"如果你想研究宇宙学并观察整个宇宙,你需要进行一次大调查,而欧几里德是专门为此设计的,它的望远镜角度非常广,可以在很短的时间内覆盖大部分可以观察到的宇宙。"携带欧空局欧几里德任务的SpaceX猎鹰9号火箭欧几里德望远镜将在其六年的任务中观测36%的天空,为了观测这么大的区域,望远镜需要有一个非常宽的视野。这是指通过望远镜可以观察到的天空面积,欧几里德的视野相当于是月球大小的2.5倍。与之相比,比如说哈勃太空望远镜,它的视场只有月球的1/12大小。哈勃可以对星系或星云等物体进行非常详细的成像,但是哈勃需要花费大约1000年的时间来勘察与欧几里德相当的天空区域。我们知道,暗物质和暗能量必须存在,因为星系的运动和宇宙的扩张方式。如果你想知道为什么"欧几里德"只勘测三分之一以上的天空,那是因为在天空的其他区域不可能看到遥远的星系,因为这些遥远的物体被我们银河系内较近的恒星和尘埃所阻挡。欧几里德将有两台仪器:可见光仪器或VIS,在可见光波长下工作;近红外光谱仪和光度计或NISP,在近红外下工作。覆盖这两个波长使研究人员能够看到被红移的星系,这意味着由于它们正在远离我们,来自它们的光线被移向光谱的红端。通过结合这两台仪器的观测结果,欧几里得的观测结果可以被用来创建一个显示宇宙中可见物质分布的三维地图。但是暗物质是不可见的--这就是为什么它如此难以研究。它不能被直接观察到,但可以通过观察我们能看到的物质的分布来推断它的存在。欧空局"欧几里德"任务的直径为1.2米的主镜,用于揭开黑暗宇宙的面纱,在组装、整合和测试期间可以看到欧几里德项目科学家RenéLaureijs解释说:"暗能量和暗物质通过它们对可见宇宙中物体外观的非常微妙的变化来显示自己。"欧几里德项目使用的研究暗能量和暗物质的两种主要方法是弱透镜和星系聚类。使用两种方法来研究同一事物,使研究人员能够相互检查他们的结果,希望能得出更准确的结论。引力透镜是一种效应,在这种效应中,像星系或星系团这样的非常大的物体的引力使时空扭曲,就像一个放大镜,改变来自前景物体后面的遥远物体的光线。这张图片说明了欧几里德的测量结果如何被用来推断暗物质在整个宇宙中的分布方式。通过观察这种透镜效应有多强,科学家可以计算出前景物体的质量--他们可以将这个计算出来的质量与前景星系中可见物质的质量进行比较。如果计算出的质量和观察到的质量之间有很大的差异,这就表明前景中存在大量的暗物质。另一个效应-星系集群,指的是星系在宇宙中的三维分布情况。随着宇宙的扩张,星系正在远离我们,导致红移。科学家可以利用一种叫做重子声学振荡的现象,将星系的实际距离与它的红移进行比较,这可以显示宇宙膨胀的速度--这与暗能量直接相关。结合起来,这些方法应该能帮助宇宙学家比以往更多地了解暗物质和暗能量。为了收集这些数据,欧几里德号将在其任务期间从120亿个物体中拍摄大约100万张图像。这应该使我们离能够探测和研究这些难以捉摸的现象,以及了解我们周围宇宙的构成更近一步。"它不仅仅是一个空间望远镜,"Laureijs说,"它实际上是一个暗能量探测器。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369027.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1369027.htm

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新的3D宇宙地图可能颠覆我们对宇宙的认知

新的3D宇宙地图可能颠覆我们对宇宙的认知在过去的几年里,暗能量光谱仪(DESI)--一种对遥远星系进行光谱天文测量的科研仪器--已经多次测绘了天空三分之一区域内的3500万个星系和240万个类星体的距离。负责管理该项目的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员解释说,在理想条件下,DESI每20分钟就会循环浏览一组新的5000个星系,即每晚浏览10万多个星系。5000个机器人定位器将DESI的光纤眼睛对准预先选定的星系,测量它们的光谱,从中可以测算出宇宙在这些星系的光线到达地球时膨胀了多少。最终结果呢?嗯,我们还没到那一步,但伯克利实验室的研究人员已经取得了一个重要的里程碑:绘制了有史以来最大的宇宙三维地图,也是最精确的地图,精度优于1%。更具体地说,DESI对宇宙110亿年膨胀历史的总体精度为0.5%,而涵盖80-110亿年的最遥远纪元的精度达到了创纪录的0.82%。由于这些遥远的太空天体发出的光现在才到达DESI,科学家们可以绘制出宇宙年轻时的样子,从而揭开物理学中最大的谜团之一:暗能量--导致宇宙膨胀得越来越快的未知成分。科学家们说,这张地图证实了宇宙膨胀的速度正在加快--同时也提出了一种可能性,即暗能量并不像之前所说的那样在整个时间内都是恒定的。这项工作的共同作者、朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所高级研究员塞沙德里-纳达图尔(SeshadriNadathur)博士告诉《卫报》说:"我们看到的是一些暗示,它实际上一直在随着时间的推移而变化,这相当令人兴奋,因为它并不是宇宙学恒定暗能量标准模型的样子。"这项研究的合著者之一、杜伦大学的卡洛斯-弗伦克教授告诉《卫报》,这可能意味着科学家们对宇宙的认识可能要从头开始。这包括"修改我们对基础物理学的理解、对大爆炸本身的理解以及对宇宙长期预测的理解"。研究人员在多篇论文中分享了他们对第一年收集的数据进行的分析,并在美国物理学会会议和意大利RencontresdeMoriond会议上发表了演讲。伯克利实验室科学家兼该实验的共同发起人NathaliePalanque-Delabrouille说,通过一年的数据,研究人员已经可以测量出宇宙膨胀历史中七个不同的宇宙时间片段,每个片段的精度为1%到3%。这就是研究人员在研究DESI地图时看到的景象:星系簇拥在一起,被天体较少的空洞隔开。他们解释说,这与早期的宇宙形成了鲜明的对比,早期的宇宙是一锅由亚原子粒子组成的又热又浓的汤,亚原子粒子的运动速度太快,无法形成稳定的物质。这些粒子包括氢核和氦核,统称为重子。这种早期电离等离子体中的微小波动引起了压力波,使重子移动成波纹状。随着宇宙的膨胀和冷却,中性原子形成,压力波停止了,将波纹凝固在三维空间中,并使未来的星系越来越多地聚集在高密度区域。数十亿年后,我们仍然可以在星系分离的特征中看到这种微弱的三维涟漪或气泡图案--这种特征被称为重子声学振荡(BAOs)。通过测量这些气泡的表面大小,研究人员可以确定天空中这种极其微弱的图案是由什么物质造成的。绘制BAO气泡的远近图可以让研究人员将数据切成小块,测量宇宙在过去每个时间段的膨胀速度,并模拟暗能量对膨胀的影响。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426408.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1426408.htm

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科学简单点:什么是暗物质和暗能量?

科学简单点:什么是暗物质和暗能量?人类对天空的研究已有数千年的历史,而在上个世纪,科学家们才真正开始了解宇宙是如何在一种叫做"万有引力"的力量影响下运动和变化的。万有引力影响着万物,不仅包括物质(科学术语),还包括光。它把我们的身体拉向地球,也在恒星和星系之间的遥远距离上发挥作用。在这段"科学101"视频中,博士后研究员吉莉安-贝尔茨-莫尔曼(GillianBeltz-Mohrmann)和弗洛里安-凯鲁佐雷(FlorianKéruzoré)将探讨科学界的两大谜团:暗物质和暗能量。这些奇怪的影响因素似乎正在以意想不到的方式将宇宙拉伸开来,并将物质聚集在一起。它们加在一起占宇宙的95%,但由于我们看不见、摸不着,所以不知道它们是什么。全球各地的研究人员,包括美国能源部阿贡国家实验室的科学家,正在通过大型宇宙学调查、粒子物理实验以及先进的计算和模拟,研究暗物质和暗能量的本质。引力在星系的形成和移动过程中起着至关重要的作用。随着科学家对宇宙了解的加深,他们发现除非存在大量看不见的物质--比我们尚未发现的物质还要多得多--否则星系的许多行为都是不合理的。这种看不见的物质--或者说暗物质--会产生额外的引力。如果它不存在,有些星系就会飞散,有些星系根本就不会形成。这张图展示了一个真实的例子,说明暗物质如何使螺旋星系的外部区域比只受可见物质引力影响的星系旋转得更快。这种差异表明暗物质的存在,施加了额外的引力。资料来源:阿贡国家实验室我们称它为"暗"是因为我们看不见它。与可见物质(我们能看到的物质,包括恒星、行星、水等)不同,它不会释放或吸收光线,也不会与其他物质相互作用,除非通过引力。我们知道它应该在哪里,但当我们观察时却什么都没有。这就像看到池塘里的涟漪,却看不到是什么造成的。与此同时,另一些东西正在推动宇宙以越来越快的速度膨胀。据我们所知,宇宙从138亿年前开始就一直在膨胀。天体之间的空间不断增大,就好像空间本身被拉伸开来,就像气球充气时的表面一样。科学家本以为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢,但他们却发现了相反的情况。大约50亿年前,宇宙膨胀的速度开始加快。我们不知道是什么导致了这种加速膨胀,但我们把它命名为暗能量。来自暗物质的引力可以弯曲从遥远星系发出的光线,导致它们的图像在到达我们的望远镜时出现扭曲。这种现象被称为引力透镜,它揭示了暗物质的存在,即使我们看不到它。资料来源:阿贡国家实验室据科学家所知,可见物质只占宇宙的5%。暗物质和暗能量据信分别占另外的27%和68%。换句话说,我们所熟知的--可见物质--根本无法解释宇宙绝大部分物质的性质。那么,科学家们是如何试图解开这个谜团的呢?什么是暗物质和暗能量?为了找出答案,我们需要数据,而且是大量的数据。为了收集这些数据,科学家们建造了巨型望远镜和照相机。其中包括外太空的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜;南极洲的南极望远镜;亚利桑那州的暗能量光谱仪;以及智利的暗能量勘测和即将建成的维拉-C-鲁宾天文台。宇宙主要由暗能量和暗物质组成。可见物质(我们能看到的一切,包括恒星和行星)只占宇宙的5%左右。科学家们正在研究这未知的95%的性质。图片来源:阿贡国家实验室这些灵敏的仪器对天空进行勘测,以揭示星系在宇宙中的位置和移动情况。超级计算机帮助科学家对宇宙进行详细模拟,并分析来自望远镜的数据。除了在天空中寻找答案,科学家们还在建造敏感的探测器,以直接在地球上寻找暗物质。美国能源部阿贡国家实验室的研究人员通过参与这些大型宇宙学调查、粒子物理实验以及使用先进的计算和模拟,为暗物质和暗能量的研究做出了贡献。来自这些测量和模拟的信息帮助科学家绘制出暗物质存在的地图,并提供了有关暗能量性质的线索。随着我们的望远镜、超级计算机和其他仪器越来越先进,我们发现越来越多的证据表明,我们遗漏了一些重大的东西,科学家们正在努力了解它可能是什么。阿贡科学家们的工作正在让世界离揭开这些宇宙之谜越来越近。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点:什么是超级计算?科学简单点:什么是人工智能?科学简单点:什么是量子力学?科学简单点:什么是水力发电?科学简单点:什么是核能?科学简单点:什么是气候复原力?科学简单点:什么是纳米科学?...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425688.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1425688.htm

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宇宙膨胀速度还在加快 科学家正寻求新的解释

宇宙膨胀速度还在加快科学家正寻求新的解释天文学家发现,宇宙膨胀正在加速,很可能是由于暗能量的作用,正如LambdaCDM模型所描述的那样。然而,膨胀率测量结果(即哈勃张力)的不一致性正促使人们研究新理论和修改现有模型。对天文学家来说,星系发出的光波长越长,星系远离我们的速度就越快。星系离我们越远,它的光线就越偏向光谱红色一侧的长波长--因此"红移"就越大。宇宙中的时间和距离因为光速是有限的、快速的,但并不是无限快的,所以看到远处的东西意味着我们看到的是它过去的样子。对于遥远的高红移星系,我们看到的是宇宙年轻时的样子。因此,"高红移"对应的是宇宙的早期,而"低红移"对应的是宇宙的晚期。詹姆斯-韦伯太空望远镜(JamesWebbSpaceTelescope)的深场图像显示了宇宙中闪闪发光的星系。这是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。这张星系团SMACS0723的图像被称为"韦伯第一深场",细节丰富。图片来源:NASA、ESA、CSA和STScI但随着天文学家对这些距离的研究,他们了解到宇宙不仅在膨胀,其膨胀速度还在加快。这种膨胀速度甚至比主要理论预测的还要快,这让像我这样的宇宙学家感到困惑,并在寻找新的解释。加速膨胀与暗能量科学家把这种加速的源头称为暗能量。我们还不太清楚是什么驱动了暗能量,也不知道它是如何工作的,但我们认为它的行为可以用宇宙学常数来解释。阿尔伯特-爱因斯坦最初提出了这个常数--他在广义相对论中用lambda标记了它。有了宇宙常数,随着宇宙的膨胀,宇宙常数的能量密度保持不变。想象一个装满粒子的盒子。如果盒子的体积增大,粒子的密度就会减小,因为它们会分散开来占据盒子里的所有空间。现在想象同一个盒子,但随着体积的增大,粒子的密度保持不变。这似乎并不直观,对吗?宇宙常数的能量密度并没有随着宇宙的膨胀而减少,这当然非常奇怪,但这一特性有助于解释加速膨胀的宇宙。LambdaCDM:宇宙学标准模型目前,宇宙学的主要理论或标准模型被称为"LambdaCDM"。Lambda表示描述暗能量的宇宙常数,CDM代表冷暗物质。这个模型既描述了宇宙晚期的加速度,也描述了宇宙早期的膨胀率。具体来说,LambdaCDM可以解释宇宙微波背景的观测结果,即宇宙大爆炸后大约30万年时宇宙处于"高温、高密度状态"时的微波辐射余辉。利用普朗克卫星测量宇宙微波背景的观测结果,促使科学家们创建了LambdaCDM模型。将LambdaCDM模型与宇宙微波背景拟合,物理学家就可以预测哈勃常数的值,哈勃常数实际上并不是一个常数,而是描述宇宙当前膨胀速度的一个测量值。但是,LambdaCDM模型并不完美。科学家们通过测量星系距离计算出的膨胀率,与LambdaCDM利用宇宙微波背景观测数据描述的膨胀率并不一致。天体物理学家将这种分歧称为哈勃张力。宇宙膨胀的速度比流行的宇宙学模型预测的要快。资料来源:NASA/WMAP科学小组哈勃张力在过去的几年里,科学家一直在研究如何解释哈勃张力。这种张力可能表明LambdaCDM模型不完整,物理学家应该修改他们的模型,也可能表明研究人员是时候对宇宙的运行方式提出新的想法了。对于物理学家来说,新想法总是最令人兴奋的。解释哈勃张力的一种方法是修改LambdaCDM模型,改变宇宙晚期低红移时的膨胀率。像这样修改模型可以帮助物理学家预测可能是哪种物理现象导致了哈勃张力。例如,也许暗能量并不是宇宙常数,而是引力以新的方式发挥作用的结果。如果是这样的话,暗能量就会随着宇宙的膨胀而演化--而宇宙微波背景显示的是宇宙诞生几年后的样子,它对哈勃常数的预测就会有所不同。但是,团队的最新研究发现,物理学家无法仅仅通过改变宇宙晚期的膨胀率来解释哈勃张力--这一类的解决方案都不成立。探索新模型为了研究哪些类型的解决方案可以解释哈勃张力,加州大学开发了统计工具,使我们能够测试改变晚期宇宙膨胀率的整类模型的可行性。这些统计工具非常灵活,可以用它们来匹配或模仿不同的模型,这些模型有可能符合宇宙膨胀率的观测结果,也有可能为哈勃张力提供一种解决方案。测试的模型包括不断演化的暗能量模型,即暗能量在宇宙中不同时期的作用不同,科学家们还测试了暗能量-暗物质相互作用模型(暗能量与暗物质相互作用)和修正引力模型(引力在宇宙中不同时期的作用不同)。但这些模型都无法完全解释哈勃张力。这些结果表明,物理学家应该研究早期宇宙,以了解张力的来源。作者:RyanKeeley,加州大学默塞德分校物理学博士后...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397839.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1397839.htm

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