宇宙一端比另一端更热？科学家找到意义重大的验证方法学术资讯

▲作为宇宙大爆炸的残余能量，宇宙微波背景辐射似乎在宇宙中呈现出了一个梯度变化。

据物理学网3月7日报道，美国南加州大学栋赛夫空间科学研究所（USC Dornsife Spatial Sciences Institute）的物理和天文学博士生希亚瓦西·雅斯尼（Siavash Yasini）和教授埃琳娜·皮埃尔保利（Elena Pierpaoli），找到了验证宇宙微波背景辐射中明显梯度变化是否真实存在的方法，这或将影响科学家对于诸如星系等遥远天体运行速度的测量值和关于大爆炸发生后宇宙状况的理论假设，并为宇宙学家们研究宇宙演化过程提供新方向。

从地球上观察，科学家发现宇宙的一端比另一端的温度要稍稍高一些，至少宇宙微波背景（CMB）辐射的反映是如此。宇宙学家们想要确定的是，宇宙微波背景辐射中能量的不平衡究竟是真实存在的，还是由于多普勒效应起作用的结果。

多普勒效应是指，由于天体在太空中快速移动而引起的电磁波频率的明显变化。电磁辐射产生的各种电磁波，包括光波、X射线和微波等等，似乎都会在天体移动过程中发生能量上的变化。具体来说，那些面向观测者的波看起来比它们实际的能量更高，或是说更热，相反同理，那些与观测者背道而驰的波看起来相对较冷。关于该理论最著名的应用就是曾被埃德温·哈勃（Edwin Hubble）用来证明宇宙是不断膨胀的。

几十年前，观察星空的科学家们就发现，地球运动后方的空间看起来比前方的空间更冷，但是他们不清楚这仅仅是多普勒效应作用，还是宇宙微波背景辐射真实温差的结果。此前研究表明，宇宙微波背景是大爆炸的残余能量，而当整个宇宙大爆炸时，它是从一个点全方位地向外爆炸扩散，宇宙学家们由此假设宇宙微波背景的分布应该是均匀的。基于此理论假设，宇宙中两极的出现，以及一极比另一极温度更高，必定是太阳系在太空中倾斜与多普勒效应的结果。因此天体物理学家在测量太阳系相对于宇宙微波背景的运动速度时，根据该假设调整了计算结果，研究大爆炸和紧随其后宇宙状态的宇宙学家们也做了同样的调整。

然而，这很可能是一个错误。雅斯尼和皮埃尔保利在另一个相关研究中进行计算时发现了一个有趣的细节：如果偶极子是真实存在的，而不仅仅是多普勒效应的结果，那么宇宙微波背景的频谱在整个天空中的平均值会与目前的结果有所不同。换句话说，如果宇宙微波背景辐射在宇宙的一端比另一端更热的话，那么在整个天空中测量温度的平均值将会与宇宙微波背景温度一致的情况略有不同。

雅斯尼指出：“如果宇宙微波背景中有一个固有的偶极子，也就是说，如果天空的一侧的部分实际上要比相对的一侧热一些的话，那么我们根据宇宙微波背景所计算出的太阳系速度就可能是错误的。”这一改变将影响科学家对于诸如星系等遥远天体运行速度的测量值和关于大爆炸发生后宇宙状况的理论假设。

雅斯尼和皮埃尔保利的发现将为宇宙学家进行升级版的宇宙微波背景观测奠定基础，进而第一次确定其偶极子的性质，解开这个宇宙谜题。“既然我们有了寻找答案的数学基础，那么剩下来的工作就只是获取观测数据了。”皮埃尔保利说。

如果科学家们能证明偶极子是部分真实存在的，而不仅仅是多普勒效应的结果，那么天体物理学家和天文学家将不得不重新校准所有的测量结果，以获取对于宇宙可观测部分更加准确的认识。与此同时，研究宇宙大爆炸和早期宇宙状况的宇宙学家们将会获得新方向去探索宇宙微波背景不均匀分布的具体情况和原因，以及宇宙是如何演化成今天的形态的。

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编译：朱明逸审稿：阿淼编辑：张梦

来源：

https://phys.org/news/2018-03-cosmologists-universe-hotter.html