宇宙加速膨胀？两独立团队成果大跌眼镜，10多年后喜提诺奖
宇宙加速膨胀？两独立团队成果大跌眼镜，10多年后喜提诺奖
宇宙是否在加速膨胀？这个问题的答案不仅改变了我们对宇宙未来的认知，还揭示了一个神秘的宇宙成分——暗能量。本文将带你了解这一重大发现的来龙去脉，以及它如何颠覆了我们对宇宙的理解。
寻找量天尺
要理解宇宙的膨胀，首先需要知道如何测量天体的距离。这就像测量地球上的距离一样，需要一把“量天尺”。
第一把尺子：三角测距法
对于300光年以内的恒星，我们可以使用三角测距法来测量它们的距离。第二把尺子：造父变星
对于更远的天体，如仙女座大星系，天文学家使用造父变星作为量天尺。造父变星的亮度会周期性变化，通过观测其亮度周期，可以推算出其绝对亮度，进而计算距离。
哈勃太空望远镜拍摄的仙女座星系的马赛克图像。虽然其规模巨大，但它甚至没有覆盖该星系的一半。
造父变星的周期性
- 第三把尺子：Ia型超新星
对于距离地球几十亿甚至上百亿光年的星系，需要更精确的量天尺。Ia型超新星因其亮度稳定且可预测，成为理想的测量工具。通过分析超新星爆炸余晖，可以校准这把尺子，消除气体云和尘埃带来的亮度误差。
大跌眼镜的发现
20世纪90年代，两个独立的研究团队开始利用Ia型超新星测量宇宙膨胀速度。这两个团队分别是：
- 珀尔马特团队：由美国劳伦斯伯克利国家实验室的珀尔马特领衔，成员来自7个国家，共31人。
- 施密特-里斯团队：由哈佛大学的布莱恩·施密特和亚当·里斯领衔，成员来自世界各地，共20多人。
2011诺贝尔物理学奖获得者
他们的目标是测量宇宙膨胀的减速情况。然而，两个团队几乎同时发现了一个令人震惊的现象：宇宙在前70亿年确实是在减速膨胀，但在70亿年前的某个时间点上，减速膨胀突然反转为加速膨胀。这个发现完全出乎科学家们的预料，就像一辆车先是踩刹车，然后又突然踩油门。
宇宙正加速膨胀？
这个惊人的发现需要经受严格的科学验证。随后，包括COBE、WMAP和普朗克卫星在内的多个观测项目都对这一结论进行了独立验证。到今天，宇宙加速膨胀已经成为一个被广泛接受的科学事实。
宇宙背景探测者（COBE）
这一发现的重要性体现在2011年诺贝尔物理学奖的授予上。珀尔马特、施密特和里斯因这一发现而获奖，这表明科学界对其重要性的认可。
暗能量假说是什么？
为了解释宇宙加速膨胀的现象，1998年，迈克尔·特纳提出了“暗能量”这一概念。暗能量是一种假设中的能量形式，它均匀分布在整个宇宙中，产生排斥力，推动宇宙加速膨胀。
研究暗能量需要从宇宙诞生之初开始追溯：
- 宇宙大爆炸后的瞬间：物理法则开始生效，宇宙处于极高温度状态。
- 10的-11次方秒：粒子温度降低到现有高能物理理论可掌握的阶段，夸克和胶子开始组合成质子和中子。
- 10的-6次方秒：宇宙产生大批质子与反质子对，中子与反中子对，正粒子比反粒子多出一丝丝。
- 大爆炸后1秒：电子和正电子也遭遇类似情况，电子多出一丝。
- 大爆炸后3分钟：宇宙浓汤的温度足够低，原子核才能形成。
- 大爆炸后38万年：宇宙变得透明，光子开始自由穿行，形成“宇宙微波背景辐射”。
在宇宙大爆炸约3分钟后，宇宙浓汤的温度足够低了，原子核才能形成。一直到大爆炸以后38万年，宇宙的雾霾才逐渐散开，变得透明。光子才能痛快地在宇宙里不受限制地随意穿行。这就是大爆炸以后发出的第一缕光。这些光子已经被我们人类探测到了，这就是“宇宙微波背景辐射”，它能告诉我们宇宙早期的信息，以及宇宙之中物质含量的信息。
WMAP制作的全天图显示了宇宙背景辐射
该图揭示了宇宙诞生以来膨胀率的变化
根据普朗克卫星的最新数据，目前我们对宇宙的基本认知是：暗能量占了总质能的68.3%、暗物质占26.8%、普通物质仅占4.9%。这个发现不仅改变了我们对宇宙的理解，也开启了宇宙学研究的新篇章。
本文原文来自澎湃新闻