科學家怎麼“稱出”宇宙的重量?

科學家怎麼“稱出”宇宙的重量?

我們知道,宇宙浩瀚無邊,無數的星系,不計其數的星球,而地球只是其中的一粒塵埃,但是儘管我們渺小地過分,依然不影響我們的思考,比如宇宙到底有多“重”?

科學家怎麼“稱出”宇宙的重量?

如何衡量宇宙?

宇宙的重量(嚴格來說就是宇宙的質量)是很難測量的。要做到這一點,你不僅需要計算恆星和星系,還需要計算暗物質、瀰漫的塵埃雲,甚至是星系間空間中一縷縷的中性氫。一個多世紀以來,天文學家一直試圖對宇宙進行稱重,他們仍在尋找更精確的方法。

宇宙密度參數

瞭解宇宙的質量對於理解宇宙的歷史和進化至關重要。當暗能量推動宇宙膨脹時,物質又阻止宇宙膨脹。它們一起形成了宇宙中物質和能量的平均密度,被稱為宇宙密度參數。這個參數是宇宙學標準模型(也稱為LCDM模型)的核心。

科學家怎麼“稱出”宇宙的重量?

測量這個參數的一種方法是觀察宇宙微波背景(CMB)。而宇宙大爆炸留下的餘輝在溫度上有微小的變化。這些波動的規模告訴我們宇宙膨脹的速度,這反過來又讓我們知道宇宙物質的密度。

另一種衡量宇宙的方法是觀察遙遠星系的光被星系折射的過程。這就是所謂的引力透鏡效應。這種方法的挑戰在於確定哪一種光線是有透鏡的,哪一種不是。要做到這一點,我們需要將我們看到的扭曲的星系形狀與我們不知道的星系的實際形狀進行比較。但是對單個星系進行比較是不可能的,因此我們可以從統計學上對它們進行比較。因為我們一旦知道了一個普通星系的形狀,我們可以把它與透鏡狀的形狀進行比較,從而得到發生透鏡狀的統計量。這就是“千度調查”項目的目標。

科學家怎麼“稱出”宇宙的重量?

雖然透鏡效應給了你一個關於我們和一個遙遠星系之間質量總量的統計測量,但它並沒有給你宇宙密度。為此,你需要知道銀河系有多遠。距離越大,它和我們之間的質量就越大。因此,科學家還需要通過測量幾個波長的紅移來確定星系的距離。

結果就是一個宇宙密度參數,它與宇宙微波背景輻射中發現的稍有不同。這不是人類第一次在宇宙學中看到矛盾。不過也有人認為這可能表明標準的宇宙模型是錯誤的。在標準模型中,假定宇宙中暗能量的數量是恆定的。但這一最新數據適用於另一種模型,即暗能量隨時間變化。

不可否認,這是一個有趣的想法,但這是一個思想的飛躍。雖然這一最新結果與CMB的數據不一致,但其他類似的研究也並不一致。這項研究很可能存在系統性偏差。所以現在還不要扔掉舊的宇宙學教科書。最終,證據的自購份量將決定這項新研究是否正確。


分享到:


相關文章: