03.02 宇宙將如何變化？

導讀：宇宙是由於物質構成的，這個機制是如何的？

廣義的宇宙定義是萬物的總稱，是時間和空間的統一。狹義的宇宙定義是地球大氣層以外的空間和物質。“宇宙航行”的“宇宙”定義就是狹義的“宇宙”定義，宇宙航行意思就是在大氣層以外的空間航行。

古代對宇宙的定義，有西漢的《淮南子》：“往古來今謂之宙，四方上下謂之宇”

據物理學家組織網站報道，在過去的幾年間，多箇中微子實驗項目都檢測到了疑似輕子電荷共軛-宇稱破壞（CP violation）的跡象，這項發現將有望幫助科學家們解釋一個重要的本質問題——為何我們的宇宙是由物質組成，而非反物質組成的？到目前為止，物質-反物質不對稱性還無法通過現代物理學得到合理的解釋，因而也成為當今宇宙學領域最大的未解之謎之一。

不過，根據近日發表在《物理評論快報》上的一項最新研究顯示，美國弗吉尼亞理工學院的大衛·弗雷羅（David V. Forero）和帕特里克·胡珀（Patrick Huber）提出了一種不同的觀點，認為這些實驗結果暗示的是一種電荷CP守恆下的“全新物理學”，只是當前的實驗技術還無法分辨兩者之間的不同。

這兩種可能性——CP破壞或是一種嶄新物理學，這一選擇的答案將對宇宙學中的一些最重大問題的解決產生重要影響。目前物理學家們面臨的一項重要工作便是尋找全新的物理學，更具體的說就是超越標準模型的物理學。科學家們很清楚這一理論是不完善的，但卻不知道該如何對其進行改進。全新的物理學將有望對一部分標準模型無法解釋的問題給出解釋，其中就包括物質-暗物質不對稱性問題，以及暗物質、暗能量以及引力的本質。

正如這兩位研究人員在論文中所闡述的那樣，要想分辨相關實驗中得到的結果究竟暗示CP破壞還是一種全新的物理學將是極具挑戰性的。這項研究的主要目標應當是“對兩種可能性之間的誤差範圍進行量化”。物理學家們所開展的模擬和分析工作顯示，不管是在CP破壞還是一種全新的物理學的可能性下，其數值分佈的峰值都集中在相關中微子實驗得到的結果附近，稱為“狄拉克CP相”。這種相同的特徵使得當前的中微子實驗不可能辨別這兩種不同可能性之間的區別。帕特里克·胡珀表示：“我們的研究結果顯示，要想宣稱CP破壞的結果將需要極度謹慎，而引入一種嶄新的物理學則會導致嚴重的混亂。”

日本研究團隊利用“昴”望遠鏡的主焦點照相機，成功觀測到115億年前宇宙原始超星系團周圍大範圍中性氫氣體分佈情況。分析結果表明，這些中性氫氣體分佈範圍超過1.6億光年，意味著在宇宙早期即存在如此巨大的結構。

宇宙中疏密不均地分佈著數億光年大小的星系團，當它們超過一定規模，不論從什麼方向和距離看都呈一種形狀。理解這種宇宙宏觀一致性和大規模結構初期密度變動的性質，是現代天文學的重要課題。而要了解密集星系團和超星系團的巨大結構，關鍵在於觀測星系形成氣體的分佈。

其中，觀測不發光氣體是否存在，可利用背景明亮天體被氣體吸收特定光後形成的剪影效果——氣體中的中性氫吸收背景天體特定波長的光後，背景天體光譜中就會出現具有特徵的吸收線。與目前使用的分光觀測每個類星體的方法比較，這種方法可在短時間內高效觀測大範圍氣體分佈。

此次，大阪產業大學、東北大學和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）組成的研究團隊，用這種新方法對“昴”望遠鏡拍攝的115億年前宇宙大規模星系探查數據進行了分析，探查區域包括稱為“SSA22”的原始超星系團。他們確認，在不斷誕生新星系的原始超星系團環境中，星系材料中性氫氣體十分豐富。

研究人員觀察在原始超星系團中星系和中性氫氣體的局部分佈後發現，星系最密集區域氣體不一定最多，這是因為中性氫氣體並非聚集在個別星系周圍，而是廣泛分佈在原始超星系團全領域。此前研究認為，越久遠的宇宙，其物質分佈結構越淡薄，大規模、高密度的結構較少。但此次分析發現，分佈範圍超過1.6億光年的巨大結構早在宇宙初期即已存在。

該研究成果將於今年6月刊登在《英國皇家天文學會月刊》上,目前已在該刊電子版發佈。

獨立學者靈遁者整理提供。非原創作品。