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透视宇宙大约138亿年前,宇宙真的发生过大爆炸吗

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撰文丨[日]小柴昌俊

摘编丨何安安

“大爆炸宇宙论”(TheBigBangTheory)是现代宇宙学中最有影响的一种学说。这种学说认为,宇宙是由一个致密炽热的奇点于138亿年前的一次大爆炸后膨胀形成的。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特(GeorgesLema?tre)最早提出了宇宙大爆炸假说。这之后,1929年,美国天文学家哈勃,根据这一假说提出,星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。

研究者通过现在星系间的距离及其移动速度倒推计算,得出“大约在138亿年前所有星系都集中在一点(即奇点)”的结论。“大爆炸”理论的拥趸坚信,宇宙曾有一段从热到冷的演化史,在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙。

宇宙真的形成于“大爆炸”吗?显然原子核的密度,这一观点让人们分成了两派。一派坚持大爆炸理论,一派则抱以反对观点,并坚持恒稳态理论。主张大爆炸理论正确性的核心人物是美国物理学家伽莫夫,他为此提出了更加具体的宇宙诞生模型。根据他的理论,宇宙最初为密度极高的中子群,它是在某一瞬间开始膨胀的。而非常权威的天文学家霍伊尔则认为这一理论并不正确,他认为,“我们的宇宙从无限的过去到无限的未来都会保持同一种状态。虽然星系的相互远离导致了宇宙空间的密度逐渐变小,但在密度减小的空间中会产生出新物质,它们能弥补密度的缺失,使宇宙保持均衡和稳定。宇宙就是以这种方式保持恒稳态的。”

作为基础科学的一个研究领域,中微子天体物理学创立于日本。在《幽灵粒子》一书中,诺贝尔物理学奖得主小柴昌俊以连接极小粒子世界与极大宇宙的“幽灵粒子”——中微子为线索,通俗讲解了基本粒子的发现、恒星的结构与演化等内容,并从实验角度展现了当前物理学对深层自然之谜的追求与探索。小柴昌俊指出,在“二战”中,雷达技术得到了突飞猛进的发展,研究者利用雷达技术获得了若干重大发现,特别是对“微波”的发现对“大爆炸”理论提供了非常有力的实验支撑,从而使得这一理论逐渐为人们所接受。

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小柴昌俊(KoshibaMasatoshi),1926年生于日本爱知县,毕业于日本东京大学理学院物理系,之后就读于美国罗切斯特大学研究生院,并获得哲学博士和理学博士学位。历任东京大学、东海大学理学院教授,其间还曾兼任德国电子同步加速器研究所(DESY)及欧洲核子研究中心(CERN)客座教授等要职。东京大学名誉教授。1987年,小柴昌俊领导的实验团队利用神冈探测器观测到了世界首例来自超新星的中微子。2002年,因他在“中微子天文学”领域做出的先驱性贡献而获得诺贝尔物理学奖。

如何用中微子探索未知宇宙?回顾过去的宇宙观测成果,小柴昌俊指出,研究基本粒子的理论物理学家将基本粒子与宇宙极其紧密地联系在一起,但宇宙中仍然存在着各种各样的未解之谜。小柴昌俊说,“虽然我们目前并不清楚宇宙在最初是如何诞生的,但坚信在宇宙形成初期肯定存在一种能统一各种力的理论,而且当时的对称性维持得非常好。”

小柴昌俊进一步指出,“如果宇宙在演化过程中确实经历过暴胀阶段,那么除了我们身处的宇宙之外,还应该存在很多由其他颗粒膨胀形成的宇宙。”而这意味着,我们耳闻目睹的“宇宙”,也许和无数个我们无法观测到的宇宙一样,只是宇宙的其中之一。

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