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最新分析表明:早期宇宙有“纹理”

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科学家对大爆炸余晖的最新分析支持了一项宇宙形成新理论,他们认为,一颗神秘“冷点”的存在表明宇宙早期存在瑕疵和纹理,而正是它导致了宇宙中最初的恒星和星系形成。相关论文10月25日在线发表于《科学》杂志上。

 

大爆炸的余晖也就是所谓的宇宙微波背景(CMB),它已经揭示出大量关于宇宙如何演化的信息。宇宙持续的膨胀造成大爆炸发出的光线延伸成为微波,而且温度降低到2.7K。2003年,NASA威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)对宇宙微波背景的温度波动进行了成像。这一结果与理论模型的对比研究证实,宇宙是在距今137亿年前出现的(更多详细情况请见httpss://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2003/211/1)。该温度波动图同时描绘出初生宇宙微弱的密度变化,这最终成为星系形成的“种子”。
 
不过,理论学家很难对WMAP数据中的一些进行解释,比如CMB中巨大的“冷点”(cold spot)。在最新研究中,来自西班牙Cantabria物理研究所(IFCA)和英国剑桥大学的科学家认为,标准模型无法解释“冷点”,它的存在很可能证明宇宙具有“纹理”(texture)。
 
论文第一作者、IFCA的Marcos Cruz表示,“冷点”可能说明,早期宇宙经历了类似于水结成冰的变化。如果水分子没有完美结合,冰晶体结构就会产生缺陷。物理学家认为,在宇宙的高温开端,不同的基本粒子的状态都是相同的。而当宇宙随着膨胀逐渐冷却时,粒子间的四种基本相互作用力——引力、电磁力、弱力和强力逐渐由统一分离开来,发生所谓的对称破缺(symmetry breaking),而如果早期宇宙没有完美地发生对称破缺,它就会出现纹理和瑕疵。
 
情况有可能是这样的:在空间的不同区域,四种力选择的分离方向是不同的,因此在两个区域交界的地方,就有可能出现瑕疵。随着这些纹理的不断展开和扩大,它们包含的巨大能量也会释放出来。同时,这些地方还会表现出较大的引力,不断聚集物质,最终形成恒星和星系。研究人员表示,他们对宇宙微波背景的统计分析表明,“冷点”的存在与这种推测是调和一致的。
 
不过,最新的观点还是遭到了一些物理学家的质疑。英国达特默斯大学的Robert Caldwell说,“还需要进一步的检测和更强有力的证据。”此外,他表示,新的研究与其他一些观测的结果并不一致。对此,论文的作者们做出了让步,表示也许“冷点”只不过是一个偶然,“一个异常巨大和罕见的物质密度波动”。(科学网 任霄鹏/编译)
 
(《科学》(Science),DOI: 10.1126/science.1148694,M. Cruz, M. Hobson)
 
来源:科学网

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