7个探寻宇宙起源重要理论：或存在微小额外维度空间

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北京时间7月15日消息，据美国生活科学网站报道，大约138亿年前，我们就知道宇宙开始诞生了，这个时刻被称为大爆炸，当时太空自身快速开始膨胀，现在可观测的宇宙直径达到930亿光年，并且仍不断膨胀。

关于大爆炸有许多问题，尤其是在大爆炸之前发生了什么（如果有的话）？目前科学家的确知道一些事情，以下是关于宇宙起源的7个重大发现：

1、宇宙不断在膨胀

直到1929年，宇宙起源仍完全笼罩在神话和理论之中，同年，一位名叫埃德温·哈勃（Edwin Hubble）的天文学家发现一些非常重要的宇宙现象，这将为理解宇宙历史开辟新途径——整个宇宙都处于膨胀。

哈勃通过“红移”观测到宇宙不断地膨胀，红移是指在非常遥远的星系看到向更长、红色波长光线方向移动的现象，通常情况下，物体越遥远，红移越明显。他还发现，在遥远的星系中，红移随距离呈线性增加，这表明宇宙并非静止，它的任何区域都不断膨胀。

美国宇航局表示，哈勃能够计算出宇宙膨胀速率，它被称为哈勃常数，这项发现使科学家能够推断宇宙曾经被压缩成一个小点，这就是大爆炸膨胀的第一时刻。

2、宇宙微波背景辐射

1964年5月，贝尔电话实验室研究员阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在新泽西州研制一种新无线电接受器。他们的天线不断接收到一种奇怪的嗡嗡声，似乎来自于任何太空区域，他们认为这可能是设备里的鸽子，但是移走鸟巢并没有任何改变，减少其他干扰的尝试也未奏效。最后，他们意识到可能发现某些真实的现象。

研究结果显示，他们探测到宇宙中第一束光——宇宙微波背景辐射。这种辐射可追溯至大爆炸后38万年，当时宇宙冷却到足以让光子（构成光线的波状粒子）自由运行。这一发现为大爆炸理论和宇宙膨胀速度超过光速的观点提供了支持，因为宇宙背景非常均匀，表明从一个小点开始，任何事物都在平稳膨胀。

3、天空地图

科学家发现宇宙微波背景辐射为了解宇宙的起源打开一扇窗户。1989年，美国宇航局发射一颗卫星——“宇宙背景探测器（COBE）”，它测量了背景辐射的微小变化。美国宇航局指出，这是宇宙的“婴儿图像”，呈现膨胀宇宙中一些最初的密度变化。这些微小变化可能促使星系和真空的出现，形成现今我们看到的宇宙星系网络。

4、宇宙膨胀的直接证据

宇宙微波背景也使研究人员找到了膨胀的“确凿证据”——大爆炸时发生比光速还快的大规模膨胀。尽管爱因斯坦的狭义相对论认为，没有什么比光在太空中传播得更快，但这项研究并不与狭义相对论相悖——空间自身处于膨胀之中。2016年，物理学家宣称，他们在宇宙微波背景中发现一种特殊的偏振或者方向性，这种偏振叫做“B模式”。B模式偏振是大爆炸产生引力波的第一直接证据，引力波的产生是由于空间中大量物质加速或者减速，发现的第一个引力波来自黑洞碰撞，B模式偏振为直接探测早期宇宙膨胀提供了一种新方法，或许还能找出是什么原因推动宇宙膨胀。

5、迄今未发现额外维度空间

引力波发现的一个结果是，它使科学家能够在通常的3个维度空间之外寻找其它维度。依据理论学家的观点，引力波应该能够穿越到未知维度，前提是这些维度的确存在。2017年10月，科学家探测到两颗中子星碰撞产生的引力波，他们测量了引力波从恒星传播至地球的时间，未发现任何超维度遗留下来的证据。这项研究结果发表在2018年7月份发表的《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上，研究结果表明，如果宇宙中还存在其它维度空间，它们都是非常微小的，只会影响到宇宙中小于1.6公里大小的区域。这意味着弦理论（假设宇宙是由微小振动弦组成，并且预测存在至少10个微小维度空间）仍然可能是正确的。

6、宇宙膨胀加速……

物理学最奇怪的一个发现就是宇宙不仅在膨胀，而且处于加速膨胀状态。这一发现可以追溯至1998年，当时物理学家宣称了几个长期运行的项目结果，测量了Ia型超新星，这是一种质量特别重的超新星，这几位物理学家也因此获得了2011年诺贝尔奖。他们揭晓了这些最遥远的超新星释放的光线比预期更弱，这些微弱光线表明空间仍在不断膨胀之中。科学家认为宇宙加速膨胀的驱动力是“暗能量”，这是宇宙一种神秘力量，占据宇宙能量的68%。暗能量似乎对宇宙起源理论与当前正在进行的观测至关重要，例如：美国宇航局“威尔金森各向异性探测器（WMAP）”所进行的观测，该探测器迄今绘制了最精确的宇宙微波背景图。

7、宇宙膨胀甚至比预期更快……

2019年哈勃望远镜发布的最新结果使宇宙膨胀谜团变得更加扑朔迷离。哈勃望远镜测量结果表明，宇宙膨胀速度比之前观测结果快9%。美国宇航局表示，对于星系而言，距离地球每330万光年，由于宇宙的膨胀扩张，每秒会多移动74公里，这个数字表明宇宙膨胀速度比之前预期6意味着每秒74公里的速度比之前计算预测更快，比之前预测的宇宙膨胀速度67公里/秒快9%。

为什么这对于宇宙起源至关重要呢？因为物理学家肯定遗漏什么，据美国宇航局称，在宇宙大爆炸期间和之后不久，可能有3次独立的暗能量“爆发”。这些爆发事件为我们现今看到的宇宙奠定了基础，第一次暗能量爆发可能开始于宇宙初始膨胀；第二次暗能量爆发可能发生的更快，就像一只脚重重地踩在宇宙加速油门上，导致宇宙膨胀的速度比之前认为的更快；第三次暗能量爆发可能解释了现今宇宙的加速膨胀。

以上预测还没有得到证实，但是科学家正在积极探索验证。美国德克萨斯大学奥斯汀·麦克唐纳天文台的研究人员正在使用一种最新升级的仪器——霍比·埃伯利望远镜，直接寻找暗能量存在的证据。这项名为“霍比·埃伯利暗能量望远镜实验（HETDEX）”的项目，正在测量110亿光年之遥星系释放的微弱光线，这将使研究人员能够看到宇宙加速度随时间的任何变化。他们还研究40万年前宇宙产生的干扰回波，它们是宇宙大爆炸之后构成宇宙万物的稠密粒子汤中形成的，这将揭晓宇宙膨胀的秘密，并解释促使宇宙膨胀的暗能量。