宇宙背景辐射中各向异性测量的新结果

2.7K宇宙背景辐射的发现是现代天文学的重大成就之一.测量宇宙背辐射中大尺度的各向异性则是了解字苗整体性质的重要手段。 已经观测到宇宙背景辐射幅度为3mK的一阶(偶极)各向异性,这是由于我们相对于背景辐射运动的结果.有人在研究宇宙背景辐射更高阶(如四极)的各向异性,并曾报告过幅度为1mK的四极各向异性[1].四极各向异性可能起源于宇宙的密度涨落,如果这一结果能够得到证实,它将反映宇宙的大尺度结构,对宇宙学研究来说,会是很有价值的新发现. 美国加州大学及普林斯顿大学的 Lubin和 Fixsen等人近来分别在3mm及1.2cm波段对宇宙背景辐射…     

宇宙极早期的剧涨

 在为数众多的宇宙演化理论中,目前为大多数科学家所接受的就是热宇宙标准模型,即我们通常所说的大爆炸学说.大爆炸学说是建立在爱因斯坦的广义相对论和近代物理理论基础上的,它得到了与观察事实相符合的一系列结论,譬如:它可解释目前的宇宙处在膨胀之中和宇宙中氦的丰度等,并预言了宇宙中存在3K微波背景辐射(已于1965年由彭齐斯和威尔逊证实,他们俩为此荣获了1978年度的诺贝尔物理学奖金).但是,就像通常刚建立的物理理论一样,随着研究的进一步深入,科学家们发现了它的几个致命缺陷,这些缺陷可归纳为以下几点:一、视界问题.这是在解释可观察宇宙的大尺度均匀性时所遇到的问题.在微波背景辐射的研究中已证实宇宙有一个非常重要的特征量--宇宙等效温度,简称宇宙温度.根据微波背景辐射中已测出的辐射能量密度及其频率,再利用普朗克黑体辐射公式,就可知道当今的宇宙温度为2.7K;这说明了宇宙在大尺度范围内是处在热平衡之中的(否则就没有宇宙温度可言).但大爆炸理论诉告我们:在混沌初开时,宇宙是一个灼热的奇点.但随着爆炸过后,需要多长时间才能达到热平衡状态呢?     

第一讲微波背景辐射的各向异性、偏振及宇宙电离的历史

文章对微波背景辐射的各向异性、偏振及宇宙电离的历史给出了评述性介绍．从大爆炸理论的预言，到观测的发现，到其各向异性及偏振的探测，微波背景辐射(CMB)向人们揭示了丰富的宇宙学信息．文章在对基本理论作了简单介绍后，着重讲述了最新的CMB的观测结果及其物理意义．特别对微波背景各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP)的偏振观测及其对宇宙重新电离的限制给出了较详细的叙述．     

遗迹引力波对宇宙微波背景辐射极化的影响

根据宇宙大爆炸理论的预言,宇宙经历了由暴涨阶段到辐射阶段到物质阶段再到如今的加速膨胀阶段.在辐射阶段所残留的退耦的自由光子便形成了现在人们所观测到的宇宙微波背景辐射.如果没有扰动,微波背景辐射将是各向同性的,但是在宇宙形成的初期存在各种各样的扰动,因此宇宙微波背景辐射呈现各向异性.针对由遗迹引力波对微波背景辐射极化所产生的各向异性的影响,重点讨论电场型极化和磁场型极化. 关键词： 遗迹引力波 微波背景辐射 极化各向异性     

原初黑洞

本文介绍了半经典量子引力论和霍金蒸发,讨论了原初黑洞性质,着重介绍了背景辐射四极矩各向异性的发现以及用大统一理论和原初黑洞蒸发解释宇宙物质非对称问题的讨论。     

原初黑洞

本文介绍了半经典量子引力论和霍金蒸发,讨论了原初黑洞性质,着重介绍了背景辐射四极矩各向异性的发现以及用大统一理论和原初黑洞蒸发解释宇宙物质非对称问题的讨论。     

宇宙红外背景辐射

与本文标题相关的一个话题“宇宙微波背景辐射”，大家已经比较熟悉了。它是大爆炸的余辉，对其各向异性的观察和研究将帮助宇宙学家深入了解大爆炸之后延续38万年的期间内所发生的那些事。我们今天所看到的微波背景辐射图像，其相应的红移z=200。     

宇宙真空量子涨落、宇宙弦及宇宙不均匀性的起源

宇宙中的物质分布是相当不均匀的,有的地方密度高,有的地方密度低,形成各种尺度的成团结构.例如,星系、星系团、超星系团等是高密度区;巨洞则是低密度区.宇宙学中一个待解决的课题,就是说明为什么会有这种非均匀性. 首先,有很强的证据表明,宇宙在早期是相当均匀的,没有今天所观测到的非均匀性.最主要的证据是微波背景辐射的各向同性.观测证明,3K背景辐射的各向异性不超过万分之一,甚至十万分之一.背景辐射是宇宙早期遗留下来的,因此它的高度各向同性标志着宇宙早期物质分布的均匀性.其他的均匀性证据是:二.各种天体中的氦含量相当一致,按重…     

磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率

在经典电动力学的框架下,研究了磁各向异性介质中的电磁辐射问题,得到了磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率表达式.进一步地,通过把各向同性介质中的μrii代入所得辐射功率表达式,得到了与文献相符合的结果,验证了所得结果的正确性.研究结果表明磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射功率大小与磁各向异性介质的μrii大小有关,对判断磁偶极和电四极在磁各向异性介质中的辐射效果有较大的帮助.     

中微子在其他学科研究中的应用

 目前宇宙学研究认为,中微子生成于137亿年前宇宙诞生后持续扩张、冷却的过程中。理论认为,这些中微子形成了绝对温度为1.9K(-271.2℃)的宇宙背景辐射(有别于另一种宇宙大爆炸理论所预言的"微波背景辐射",其温度为2.7K)。宇宙中其他能量的中微子源于星体活动和超新星爆发的过程。因此,随着宇宙的诞生,便有了中微子的存在。     

太空守望者——记2006年诺贝尔物理学奖获得者约翰·马瑟和乔治·斯穆特

John C.Mather浩瀚天宇,灿烂星河,深邃而又神秘,人类对太空的探索从未曾中断过.2006年10月3日,瑞典皇家科学院宣布将今年的诺贝尔物理学奖授予了美国科学家约翰·马瑟(JohnC.Mather)和乔治·George F.Smoot斯穆特(George F.Smoot),他们因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而赢得了这一殊荣.颁奖者认为他们的研究有助于人类了解宇宙的开始及星系、恒星的起源,并使得宇宙形成的大爆炸理论得到进一步支持.本刊编辑通过电子邮件向两位获奖者表示了祝贺,并分别采访了马瑟和斯穆特.1少年的梦想乔治·斯穆特,1945年出生于美国佛罗里…     

南极望远镜首次探测到宇宙微波背景辐射中的B-模式光偏振

<正>一个观测团队使用南极望远镜(SPT),已经对宇宙微波背景辐射(CMB)中的B-模式光偏振做出了首次探测(见图1)。在CMB中,这种具有微妙卷曲特性的偏振光组分早已被预言存在。作为宇宙大爆炸模型的关键预言之一,它的被证实将为暴胀理论的最终测试铺平道路。Chuck Bennett是美国马里兰州霍普金斯大学CMB观测站的首席科学     

从2006年诺贝尔物理学奖谈起

2006年诺贝尔物理奖表彰马瑟和斯穆特教授,以他们为首的学者利用宇宙背景探索者卫星(COBE)的数据,证实宇宙微波背景辐射的黑体形式,并发现各向异性。这是对精确宇宙学这些重要成果的肯定。诺贝尔奖的网站记载了当天对斯穆特教授的电话采访:“作为这些观测的结果,作为被证实的大爆炸理论,现在很好地被接受了。是这样的吗?”斯穆特教授立即回答:“大爆炸理论是被接受的宇宙论。(我们)绝不能完全证实任何理论,不过,它是被接受的宇宙论。”在肯定大爆炸宇宙论的同时,斯穆特教授强调“绝不能完全证实任何理论”。这无疑是正确的;但也反映了以广…     

关于标量-张量理论中含物质及黑体辐射的宇宙解

各向同性的3°K黑体辐射的发现[1],支持了早期宇宙处于火球状态的演化理论,从而引起了讨论包含有物质及黑体辐射的宇宙模型的必要.初期的模型多限于物质及辐射间无相互作用的情况,在最近的一些工作中[2],通过物态方程唯象地引入了物质及辐射间的作用,即假定压力p与能量密度ρ之比在早期宇宙中近于1/3(类辐射状态),在现阶段宇宙中它近于零(类物质伏态).在这种近似下,他们根据Einstein的引力理论,给出了符合于观测的宇宙解. 这篇短文的目的是讨论标量-张量理论[3]中的相应问题.目前,无论关于太阳扁率的实验[4].或者关于行星反射雷达信号的实…     

利用羊八井RPC‘地毯’测量哈勃常数和红外背景辐射的可能性

利用宇宙背景光子对河外高能γ射线的吸收,讨论了西藏羊八井RPC‘地毯’实验测量哈勃常数和宇宙红外背景辐射的可能性.指出羊八井RPC‘地毯’实验可以在1–3年内较精确地测量哈勃常数和红外背景辐射.     

宇宙具有十二面体形状

 在从观测宇宙微波背景的Wilkinson微波各向异性探测器(WMAP)获得的数据基础上,美国数学家计算出,宇宙多半最终会具有十二面体形状。进行的是反证法:如果宇宙是无限的,则在微波背景上应观察到任何大小的波,但是实际上不是这样:Wilkinson微波各向异性探测器确实一次也没有观测到巨大的波。根据以杰弗里·威克斯(JeffreyWeeks)博士为首的数学家小组的计算,在宇宙微波背景上的波看上去完全像从规则几何形状十二面体内部看到的一样。其实,其他专家也证实,在其他几何形状内部也能产生类似的波结构。     

浅议微波背景辐射探测中的系统误差

 四十年的历程--从三组科学家到两代卫星
当WMAP ( Wilkinson MicrowaveAnisotropy Probe,威尔金森微波各向异性探测器)于2003年发布首年探测结果时,许多人为之欢呼鼓舞,因为精确宇宙学的时代似乎终于到来了。这是一颗耗资巨大的天文卫星,工作在日地系统的第二拉格朗日点上,专门用于探测宇宙微波背景辐射的各向异性。它的前辈是著名的COBE 卫星,提到COBE 卫星,我们不得不上溯到1964 年美国科学家彭齐亚斯(Arno Penzias)和威尔逊(RobertWilson)发现微波背景辐射的工作。当时他们在测试一套灵敏的天线系统时发现了意料之外的噪声,这噪声非常顽固,无论他们把天线转向何处都不会消失,而且不分白天黑夜,四季长存。他们想了很多办法,但无论如何都清除不掉,最后他们认为这只能是来自广袤空间的一种均匀分布的无线电背景信号。奇妙的是,早在16 年前美国科学家阿尔弗(Ralph Alpher)和赫尔曼(Robert Herman)就预言了这样一种信号的存在,并认为它是宇宙大爆炸在多年膨胀冷却后的残留。也许是当时信息传递不如现在这么迅速广泛,这一日后赫赫有名的预言在那时并非尽人皆知,至少彭齐亚斯和威尔逊就没有把这个同他们的工作联系起来。但幸运的是,在离他们不远的普林斯顿大学,由罗伯特·迪克(Robert Dicke)领导的另一个小组知道这一预言,并正在设法验证它。不过实验尚未开始,罗伯特·迪克便了解到了彭齐亚斯和威尔逊的工作。他意识到自己已经不必再把实验做下去了,因为彭齐亚斯和威尔逊实际上已经看到了他们企图搜寻的东西。在1965 年,三组科学家的工作连在了一起,为大爆炸宇宙学提供了最强有力的证据：微波背景辐射。     

中国科学有发现电荷-宇称-时间反演对称性破缺迹象

 一个由中国科学院高能物理所和中国科学院国家天文台科研人员组成的研究小组,通过一种用宇宙微波背景辐射偏振检验CPT对称性的新方法,取得了重要成果：发现电荷-宇称-时间反演(CPT)对称性破缺迹象。据介绍,现代宇宙学的研究表明,宇宙中存在着一种神秘的暗能量。如果这种暗能量随宇宙的膨胀而演化,并与电磁场有某种相互作用(陈省身·西蒙斯相互作用),就有可能破坏CPT定理成立的条件,这会使光子的偏振方向传播中发生改变。宇宙微波背景辐射光子是我们能看到的来自宇宙最遥远的光子,研究小组设计出了一种用宇宙微波背景辐射偏振检验CPT对称性的新方法,使检测灵敏度大大提高。在用这种方法分析了美国WMAP卫星和Boom     

宇宙将永远膨胀下去

 大部分宇宙学家认为,宇宙─-它目前的膨胀速度比以往任何时候都缓慢─-最终或者会逐渐地实际上停顿下来,不再膨胀;或者膨胀停止后会重新开始收缩。现在,两位研究人员表明,根据来自宇宙背景辐射探测卫星（ＣＯＢＥ）测量到的数据,可以判断;宇宙将会无限期地膨胀下去．微波背景辐射存在的踪迹遍及整个宇宙,它被认为是宇宙大爆炸的遗迹．在天空的不同区域,这一辐射的温度有着轻微的差别,其数值为十万分之一左右．人们认为,这种差别为星系的形成──当宇宙处于青的期时──提供了线索．爱因斯坦的广义相对论指出,宇宙会拥有三种可能模型中的一种,每种模型同时也决定了宇宙的命运．     

WMAP 和精确宇宙学

 WMAP 的全称是Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,译为威尔金森微波各向异性探测器。WMAP 是以研究宇宙背景辐射(简称CMB)的先躯者大卫·威尔金森命名的,是继COBE (COSMICBACKGROUND EXPLORER)卫星之后的,又一颗以测量CMB 为目的进行全天空扫描的空间探测卫星,于2001 年6 月30 日升空。2003 年初WMAP实验组公布了WMAP 卫星运行一年的观测数据和物理结果,引起了科学界和社会界的广泛关注。当年年底被《科学》评为世界十大科技进展之一。