全球熱點評！宇宙大爆炸之后又發(fā)生了什么

科普時報實習記者 李詔宇

“遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？”兩千年前的大詩人屈原在名作《天問》中這樣描述人類對于宇宙起源的困惑與迷茫。千萬年來，人類每次仰望星空，心中大多會興起與屈原類似的疑問——宇宙是如何起源的？這一追問如同科學探索之路上一座永不熄滅的燈塔，指引著無數(shù)天文學上的先驅(qū)和探索者們踏上追求真理的征途。

對于宇宙的起源這一問題，現(xiàn)代宇宙學理論提出了解答——可觀測宇宙起源于大約140億年前的大爆炸。但我們是怎樣知道關(guān)于宇宙大爆炸的這一切呢？在宇宙大爆炸之后又發(fā)生了什么？宇宙大爆炸之后的宇宙黑暗時代和宇宙黎明是什么？它們隱藏著什么樣的秘密？科學家們準備怎樣考古我們的宇宙？

(資料圖)

針對上述問題，近日舉辦的首都科學講堂邀請到了中國科學院國家天文臺研究員、“天籟計劃”和“鴻蒙計劃”首席科學家陳學雷，以《宇宙的黑暗時代與黎明》為題，為我們揭開宇宙起源的秘密。

講座分為宇宙的故事、大尺度結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形成過程、宇宙的黑暗時代與黎明、低頻射電的空間觀測“鴻蒙計劃”4個部分。在宇宙的故事這一部分中，陳學雷首先以《天問》開篇，引出了關(guān)于宇宙起源的相關(guān)問題。隨后，他鞭辟入里地指出了我們與古人在認識宇宙起源上最大的不同，即我們可以通過包括望遠鏡在內(nèi)的各種先進工具，而非單獨的理論思辨去認識宇宙起源。陳學雷將望遠鏡比做了“時光機”，形象生動地說明了為何我們可以通過望遠鏡看到宇宙過去的模樣。

陳學雷介紹說，現(xiàn)代宇宙學的基礎(chǔ)是愛因斯坦提出的廣義相對論。后來的科學家們在廣義相對論的基礎(chǔ)上對宇宙的起源這一問題進行了廣泛的探索。天文學家斯萊弗觀測到各個星系的光譜大多為紅移，即遠離我們所在的銀河系。但受限于技術(shù)條件等原因，斯萊弗沒能對這一現(xiàn)象提出較好的解釋。天文學家哈勃在斯萊弗的基礎(chǔ)上，進一步對星系的紅移現(xiàn)象進行了量化，得出了距離我們越遠的星系紅移速度越快，即遠離銀河系的速度越快這一量化結(jié)論。宇宙大爆炸理論在后世不斷發(fā)展，最終成為對于宇宙起源最權(quán)威、最為人們所廣泛接受的理論之一。

在大尺度結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形成過程這一部分中，陳學雷首先解釋了大尺度結(jié)構(gòu)的含義，即比星系更大的尺度。宇宙開始于大爆炸，在大爆炸之后大約40萬年的時間，宇宙中的等離子體變?yōu)榱似胀怏w。這也標志著宇宙大爆炸的結(jié)束，宇宙進入了黑暗時代。在宇宙的黑暗時代，恒星和星系還尚未出現(xiàn)，宇宙中充斥著氣體和暗物質(zhì)。這些暗物質(zhì)的結(jié)構(gòu)在增長，并最終形成了非常復(fù)雜的纖維狀的結(jié)構(gòu)，即暗物質(zhì)暈。在引力坍縮等過程的作用下，第一代的恒星、星系于暗物質(zhì)暈中形成，宇宙迎來了宇宙黎明。第一代的恒星和星系發(fā)出來的光，將其周圍原本中性的氣體進行了再電離，宇宙再電離開始。

陳學雷進一步解釋說，我們之所以能通過宇宙微波背景輻射看到宇宙大爆炸時期發(fā)出來的光，卻難以通過類似的方式一睹宇宙的黑暗時代與宇宙黎明時期的場景，正是因為那個時期的恒星數(shù)量十分稀少且距離我們十分遙遠導(dǎo)致的。伴隨著新一代恒星的產(chǎn)生，其輻射和重元素反過來影響了周邊的環(huán)境與后續(xù)恒星的生成。第一代星系和第一代大質(zhì)量黑洞的形成，同樣對宇宙環(huán)境產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。陳學雷說，盡管目前我們對于宇宙的黑暗時代與宇宙黎明的認識比較有限，但隨著相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)突破，在未來我們一定能對其有更加深刻的認識。

在低頻射電的空間觀測“鴻蒙計劃”這一部分中，陳學雷分享了他本人參與的“鴻蒙計劃”研究工作的相關(guān)信息。相對于傳統(tǒng)依托于地面望遠鏡等設(shè)備的地面觀測，“鴻蒙計劃”強調(diào)要到太空中去觀測宇宙。由于地球大氣對觀測宇宙有較為嚴重的干擾，到太空中去觀測宇宙具有更為精確、更高效率等諸多優(yōu)勢。

陳學雷指出，相關(guān)研究表明，關(guān)于宇宙早期的大部分觀測信息，都包含在宇宙黑暗時代的原初擾動中。在這些原初擾動中包含的信息，比我們現(xiàn)在觀測到的宇宙微波背景輻射得到的信息要多100萬倍。如果在未來我們能夠探測到宇宙黑暗時代的原初擾動，我們就可以獲得關(guān)于宇宙起源的終極信息來源。“鴻蒙計劃”本身只是上述探索過程的第一步。在未來，人類可能需要在月球背面或月球軌道上建立一個巨大的觀測陣列，才能實現(xiàn)上述目標。陳學雷希望，下一代甚至是下下代的天文學家最終能獲取宇宙起源的終極信息來源，更好地了解宇宙起源的秘密。

標簽： 黑暗時代 宇宙大爆炸 天文學家