【專題報導】大霹靂是真的!宇宙暴脹理論獲得觀測實證

■南極 BICEP2 研究團隊偵測到重力波,證實了史丹佛大學物理學家安德烈.林德 (Andrei Linde) 所提出的宇宙暴脹理論。

編譯|高英哲

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我們身處的這個宇宙,是在將近 140 億年前,一場驚天動地的「大霹靂」當中產生的——我們都聽過這個說法,它的正式名稱叫做「宇宙暴脹理論」,直到幾天前都還純屬理論。不過現在情況已經有所改變了:負責觀測宇宙微波背景輻射的「宇宙泛星系偏振背景成像二代」 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2, BICEP2) 研究團隊,在 3 月 17 日宣佈他們首度得到重力波的影像,可做為支持宇宙暴脹理論的直接證據。

宇宙微波背景輻射是大霹靂殘留下來的微弱餘暉,天文學家藉由觀測其微小波動,可以獲得關於早期宇宙的些許線索;比方說在天際測得微小的溫度差,就能顯示出宇宙的哪些部分比較密實,最終會凝聚成銀河系或星團。由於宇宙微波背景輻射是一種光,它就具有光的一切特性,其中也包含偏振在內。太陽光在穿越地球大氣時會散射並產生偏振,這就是為何經過偏振處理的太陽眼鏡,能夠減少眩光的原因。太空中的宇宙微波背景輻射,同樣會受到原子跟電子的影響產生散射,從而發生偏振現象。

BICEP2 研究團隊在宇宙微波背景輻射裡,尋找一種叫做「B模」的特殊偏振情形;這種偏振表示這些古早宇宙遺留下來的光,其偏振方向受到重力波的影響,產生扭曲或卷曲的現象。研究團隊選在南極進行觀測,因為那裡氣候乾冷,天空晴朗,最適合偵測微弱的宇宙微波背景輻射。他們掃瞄了天空大約 1 到 5 度的範圍(相當於 2 到 10 個滿月的寬度),結果偵測到的B模偏振信號,比許多宇宙學家原先所預測的強烈很多。研究團隊考慮到觀測到的偏振模式,說不定是銀河系裡的塵埃所造成的,一共花了三年多的時間分析資料,確保裡頭沒有出任何差錯;直到接替 BICEP2 的凱克陣列 (Keck Array) 上線運作,也得到相同的觀測結果後,他們才真正對研究發現感到放心。「這情況有點像是大海撈針,結果卻撈上來一根金箍棒。」參與研究團隊的明尼蘇達天文物理學副教授克蘭.普立克 (Clem Pryke) 如此比喻。

倘若 BICEP2 團隊的研究成果得到證實,將是繼最近發現暗能量推動宇宙繼續暴脹以來,另一項重大的科學成就。宇宙暴脹理論不但可開啟關於時間、空間與能量交互關係的科學大門,還能夠超越世界上任何粒子加速器的限制,探究各種作用力的奧祕,進而使我們對於重力產生新的認識與理解。

然而儘管科學界對此一發現雀躍不已,仍然有人認為應當進一步審慎驗證。諸如普林斯頓大學的保羅.史坦哈特 (Paul J. Steinhardt) ,以及亞利桑納州立大學的勞倫斯.克勞斯 (Lawrence M. Krauss) 等人都指出,這項觀測結果與先前歐洲太空總署普朗克衛星所繪製的宇宙微波背景輻射溫度圖,以及其他一些關於宇宙的假設皆有所出入。不過普朗克衛星今年會送回它自己的測量報告,另外也有至少十幾組其他的研究團隊,透過高空氣球、山頂天文台或太空望遠鏡,進行類似的測量工作。宇宙暴脹理論是否屬實,最後的結論應該不會讓我們等太久。

 

the theory of inflation
【宇宙暴脹理論】圖說。(點開可看大圖)

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研究出處:Stanford 新聞稿New evidence from space supports Stanford physicist's theory of how universe began

譯者:高英哲 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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One thought on “【專題報導】大霹靂是真的!宇宙暴脹理論獲得觀測實證

  • 2014 年 04 月 02 日 at 20:52:32
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    原文中記述:the cosmic microwave background is a form of light, it exhibits all the properties of light, including polarization. On Earth, sunlight is scattered by the atmosphere and becomes polarized, which is why polarized sunglasses help reduce glare.
    於地球上,有助於減少強光的是偏光太陽眼睛。
    不知偏振與偏光是否相同?謝謝

    peregrine

    Reply

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