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      卡洛斯·弗倫克:宇宙學的最新進展
      2019年05月21日 09:43 來源:光明日報 作者:卡洛斯·弗倫克 字號

      內容摘要:

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      作者簡介:

        人類天生就對我們的起源和所居住的環境抱有好奇心。說到起源,沒有比宇宙的起源更重大的議題了。這個大問題就是宇宙學所要討論的話題,也是現代物理學重要的分支。

        我們知道宇宙已經有137億年的歷史,過去20年里宇宙學又研究了什么呢?宇宙學主要研究宇宙是由什么組成的。宇宙由5%的普通物質組成,比如原子,原子是行星、恒星基礎的組成物質。還有25%的成分是暗物質,這些暗物質不會產生任何類型的光,但是在宇宙的演化過程中卻扮演了重要角色。另外70%是由暗能量組成,這種力量讓宇宙以越來越快的速度膨脹。我們已經了解到了很多有意思的現象,比如我們所處的銀河系由上千億顆恒星組成,地球在銀河系盤面上距離中心三分之二處的位置上,那么我們這個星系的起源是什么呢?

        物理學家和天文學家所需要解決的問題,在過去的幾年中取得了重要進展。在大爆炸之后短短一秒鐘的時間里,宇宙經歷了一些非常重要的時刻:它在極短的時間內急劇擴張;一開始宇宙只是一個奇點,在爆炸的過程中出現了量子波動,爆炸之后到10-10秒之間就出現了暗物質,然后又出現了其他的一些現象。

        那么我們是如何知道宇宙是這樣產生的呢?光的速度是每秒30萬公里,我們只是看到物體它過去的樣子,和其他科學家不同,天文學家是一群觀測過去的科學家。

        像銀河系這樣的星系有上千億顆恒星,光從一端穿梭到另一端需要10萬年,離我們最近的星系M31距離我們有兩百多萬光年,還有星系團,離我們最近的一個比較大的是室女座星系團,有5400萬光年。所以,現在我們看到的星系團的樣子是5400萬光年以前的樣子,那個時候人類還沒有誕生。

        宇宙當中有一千億個星系,恒星的數量就更多了。每一個星系都有1000多億顆恒星,所以星海浩瀚!有一些星系距離我們太遠,盡管現在看不到它們,但是物理學家可以了解到星系形成之前的狀況。

        宇宙大爆炸之后,現在看到的微波背景輻射就已經產生,它能夠為我們提供宇宙的第一手資料。在137億年的宇宙膨脹歷史中,它一直在為我們傳遞相關的信息,讓我們了解到早期宇宙的樣子。

        現在的宇宙學是建立在物理學定律的基礎上,通過實驗和數學的方式來研究宇宙。盡管我們無法去其他星系做實驗,但是可以通過在不同的時間段截取一些信息來研究宇宙學。這個方式非常強大,卻也有一定的局限性。

        之前,通過計算機模擬的技術可以幫助我們模擬和推演宇宙演化的過程,做這樣一個實驗首先要了解宇宙初始的狀態,然后需要對宇宙成分有基本的假定,之后在這樣的基礎上來進行建模,通過求解一些物理定律,最終形成目前宇宙的情況。

        我們的未來在哪里?人們已經決定花費數百億元來開發一些設備探索宇宙,中國也參與了很多。除此以外,還有一些人工智能的應用,能夠把恒星和星系通過電腦來演示,甚至也可以演示大爆炸時期的量子波動。在接下來的幾十年中,或許我們可以在計算機上模擬行星、模擬最初生命的情況。

        (作者:卡洛斯·弗倫克,系英國皇家科學院院士、英國杜倫大學教授,此文是作者在“人類命運共同體的‘星’征程”論壇的演講,國家天文臺整理)

      作者簡介

      姓名:卡洛斯·弗倫克 工作單位:

      轉載請注明來源:中國社會科學網 (責編:李秀偉)
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