2006年诺贝尔物理学奖——宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性

相传约137亿年前我们的宇宙起源于“盘古开天地式的大爆炸”,能量密度和温度均超高无比,却绝无什么特殊的“爆炸”中心,在足够大的尺度上均匀且各向同性,一直持续膨胀至今.刚开始的时候,随着宇宙温度的迅速降低,若干基本粒子物质相继浮现,宇宙早期的核合成过程制备形成了宇宙时空中第一代恒星形成之前的大致原初元素丰度分布.宇宙“大爆炸”发端时空中的能量场应当有量子涨落;耦合演化到后来呈现的物质场中,这些微弱而此起彼伏的涨落逐渐被引力在各种不同层次上放大,从而最终形成宇宙时空中不同尺度的物质结构系统(包括超星系团、星系团、星系、球状星团、恒星、行星等).伴随着宇宙膨胀,有一个温度不断下降的热电磁辐射场被“捂”在物质场中;大约在389000年以后,这个热电磁辐射场基本不再与物质相互耦合作用,但它依然带有早期物质场中各处涨落的信息烙印.基于Einstein创立发展的广义相对论(1915年),Einstein(1917年)、Friedmann(1922年)、Lematre(1927年)、deSitter(1932年)开辟了近代理论宇宙学的先河.Hubble(1929年)公布了遥远的星系退行速度正比于它们到我们的距离的划时代观测事实.基于宇宙元素丰度和核合成物理,Gamow,Alpher和Herman于1940-1950年大胆设想了宇宙“大爆炸”的物理框架图像.Penzias和Wilson(1964年)在贝尔试验室从事微波天线研究时意外地发现了2.7K宇宙微波背景辐射.经过多年的精心设计和准备,Mather和Smoot(1989—1994年)领导的“宇宙背景探索器”(COBE)空间试验精确地测量宇宙微波背景辐射的黑体谱和微弱的各向异性涨落;他们俩因此荣获2006年度的物理诺贝尔奖.90年来,科学家们众说纷纭,唇枪舌战,搜索证据,编造理论.随着地面、高空和空间综合试验及理论研究的持续迅速发展,精确宇宙学的时代已经到来.

2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果——宇宙微波背景辐射与宇宙学

瑞典皇家科学院2006年10月3日宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟（John C．Mather）和乔治·斯穆特（George F．Smoot），以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。这是宇宙学研究的又一个重要里程碑。有关的大爆炸宇宙学知识开始走出科学殿堂，增进社会公众分享宇宙探索的兴趣。

宇宙微波背景辐射的观测和理论

介绍了有关宇宙微波背景辐射（ＣＢＲ）观测和理论研究的最新进展。叙述了基于ＣＯＢＥ卫星的观测宇宙学，包括对背景辐射谱、各向异性的观测结果及其理论意义；并系统介绍了ＣＢＲ各向异性形成的各种机制；展望了下一代宇宙微波背景探测器（ＭＡＰ和ＰＬＡＮＣＫ）的科学目标和主要技术参数。

宇宙微波背景辐射极化的近似解析公式

在宇宙早期的退耦过程中,光子与电子发生Thompson散射.光子气体空间分 布的各向异性通过Thompson散射而产生宇宙微波背景辐射的极化,并为最近WMAP观 测到.从光子气体的Boltzmann方程出发,采用一般的光深函数,分别积分给出原初密度 扰动和残余引力波产生的微波背景辐射极化的近似解析解,结果适用于一般的复合过程. 密度扰动FS所产生极化的近似解析解为βS≈-CFS(τd)△τd,其τd和△τd分别为退 耦时刻和退耦宽度,系数C≈(0.08-0.12),明显依赖于复合模型.残余引力波扰动FT 产生极化的积分稍微复杂,在长波近似下我们对原初扰动按波数进行幂级数展开,保留到 两项FT≈FT(1)＋FT(2),分别积分,给出近似解析解βT≈-[CFT(1)(τd)+DFT(2)(τd)]△τd. 第一项的极化与密度扰动类似,结论也相同;但第二项的系数D≈(0.22-0.32),远大于 系数C.我们的近似解析解有助于理解背景辐射的温度-极化交叉关联和检测残余引力 波对背景辐射各向异性的贡献.

宇宙微波背景辐射对超高能宇宙线流强的影响

文章指出 :(1 )在 E=5× 1 0 1 9e V附近 ,对所有 x(x是宇宙线飞行的距离 ) ,超高能宇宙线流强略有增强 ;(2 )在 1 .0× 1 0 2 0 e V≤ E≤ 5.0× 1 0 2 4e V能区内 ,宇宙微波背景辐射的作用仅使超高能宇宙线流强有所减弱 ,在 x≤ 2 0 0 0 Mpc区域内 ,减弱系数 F(X,E)≡ j(x,E) /j(0 ,E)≥ 0 .34。

哈勃常数与宇宙学常数、宇宙物质密度及宇宙微波背景辐射可能存在的相互联系

通过构建几个和哈勃常数与宇宙学常数、宇宙物质密度及宇宙微波背景辐射密切相关的无量纲数值,并进一步通过引入一些数物理学基本常数,再经由相关的数值计算得到几个经验公式,试图以此来说明哈勃常数与宇宙学常数、宇宙物质密度及宇宙微波背景辐射彼此之间可能存在一定的相互联系。

科学家证实宇宙微波背景辐射的偏振性

美国芝加哥大学的天体物理学家近日宣布,他们测量到了宇宙微波背景辐射所存在的微小偏振,有关结果不仅首次为微波背景辐射的偏振性提供了证据,也再次确认了现有宇宙理论模型的合理性。目前为科学界所普遍接受的宇宙起源理论认为,宇宙诞生于距今约140亿年前的一次'大爆炸'。在诞生早期,宇宙温度极高,随后开始冷却,形成被称为微波背景辐射的'余烬'。微波背景辐射的存在,早已在天文观测中得到证实。

红蓝化石——宇宙微波背景辐射

化石、遗迹对于不少学科来说是至关重要的研究对象和知识来源。生物学是一例。三叶虫、始祖鸟、恐龙化石、北京人头盖骨等，都昭示着生命进化的奇妙过程，也印证着达尔文进化论这一伟大学说。历史学是一例。甲骨文的发现，以确凿的证据打破了西方学界对中国商朝存在与否的傲慢怀疑，印证了太史公《史记》的信史地位。而1980年发现的大兴安岭嘎仙洞石刻祭文，竟然与《魏书》的相关记载几乎丝毫不差，魔术般真实地再现了一段上千年前的历史。

星系团的引力透镜效应及宇宙微波背景辐射的各向异性

本文研究了Ｐｏｉｓｓｏｎ随机分布的星系团作为引力透镜天体，其横向本动速度引起的运动引力透镜效应对宇宙背景辐射（ＣＢＲ）温度涨落各向异性的影响．对星系团的密度结构及其引力透镜效应，我们采用Ｈｅｒｎｑｕｉｓｔ模型，并在此基础上，利用星系团的统计理论，在冷暗物质及等曲率重子扰动模型框架下，计算了运动引力透镜效应对ＣＢＲ温度涨落各向异性的贡献．

总星系中“暗质量”形成和分布的基本规律及与“真空背景微波辐射”、“宇宙常数”的因果关联

本文应用相对论性牛顿万有引力定律和非黎曼几何的传统力学分析方法,定量导出和证明了总星系中场"暗质量""、暗能量"的形成、演化和各向同性均匀分布的基本规律,得到了场"暗质量"密度"、暗能量"密度理论值;定量导出了总星系中场"暗质量"密度"、暗能量"密度与"真空背景微波辐射""、宇宙常数"的因果关联,求得了真空背景微波辐射温度和宇宙常数理论值,所得系列理论结果,与已有观测事实极相吻合.

20世纪时空观、物质观和宇宙观变革的科学背景

科学史表明，科学进步是哲学观念变革的基础。伽利略的力学发现最终导致了牛顿的绝对时空观。重新认识时空的本性竟然使物体的电动力学困难迎刃而解。放射性引起过“物质消失了”的惊慌。质能统一与转化又使古老的物质观摆脱了困境。宇宙观的“引力”角色既是古典观念的科学基础，又是矛盾的焦点所在。科学家们发觉，只有重新解释“引力”，才能合理地解释宇宙。由此，新的引力理论产生了新的宇宙观。２０世纪的哲学，尤其是科学哲学，与它同时代的科学背景有着千丝万缕的联系；甚或这些哲学本身就是建立在最新科学基础之上的。本文试图勾勒２０世纪时空观、物质观和宇宙观变革的科学背景。

暴涨中粒子的生成对大尺度宇宙微波背景各向异性功率谱的影响

WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)观测得到的宇宙微波背景(CMB)角功率谱在大尺度上比广泛使用的ACDM宇宙模型给出的理论值有明显的压低.通过引入暴涨中粒子的生成过程,研究了大尺度上CMB各向异性功率谱的行为.计算表明,粒子的生成使得暴涨的原初功率谱产生了修正,从而影响了CMB的角功率谱,这样可以较为自然地得到四极矩附近的压低.

宇宙微波背景中的“邪轴”问题

据英国New Scientist，2005，188：19与2007，194：10报道，2005年初，英国皇家学院的马盖若（J．Magueijo）和兰德（K．Land）二人在仔细审视威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）所获得的天图时发现，前此未预料到的图中热斑和冷斑有排列成行的倾向，计有两对冷、热斑相间排列的四极各向异性和三对冷、热斑相间排列的八极各向异性。

改变人类认识的一座里程碑——纪念宇宙微波背景辐射发现五十年

大爆炸宇宙论是二十世纪最重要的科学发现之一。它彻底改变了人类对宇宙的认识，其影响远远超出了科学本身。1929年，被尊为星系天文学之父的哈勃（Edwin Hubble）发现距地球越远的星系离地球而去的速度就越快，而且这个速度和地球与星系之间的距离成正比。

发掘“创世遗迹”——欧洲航天局即将发射宇宙微波背景辐射探测卫星“普朗克”

为何需要“普朗克”卫星 世界上第一颗专门探测宇宙微波背景辐射的人造卫星“宇宙背景探索者”（简称COBE卫星）为“大爆炸”理论提供了有利的支持.COBE卫星拍到的全天域宇宙微波背景辐射图是一张宇宙只有38万岁时的“婴儿照片”,它忠实再现了宇宙“幼年时代”空间最为古老的辐射现象,包括每一个斑点和涟漪,跨越137亿年的历史,把我们与宇宙的早期直接联系了起来.

“普朗克”探测器绘出最精确宇宙微波背景图

欧洲航天局3月21日在其巴黎总部公布了根据“普朗克”太空探测器传回数据绘制的宇宙微波背景辐射图．这幅迄今最精确的反映宇宙诞生初期情形的全景图几近完美地验证了宇宙标准模型。

有关宇宙微波背景辐射的最新报告

2006年3月15日在普林斯顿大学的一个记者招待会上，WMAP^＊（威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星）小组发布了他们关于宇宙大爆炸后辐射残留的最新报告．报告提供了首张偏振宇宙微波辐射图谱，其内容有助于了解字宙诞生10埘秒之后的情况，也使标准宇宙模型通过了目前最严格的数据检验．他们还宣称我们生活在一个扁平状的宇宙中，这个宇宙仅含有4％的常规物质，但有22％的暗物质和74％的暗能量，这些结果与宇宙标准模型相吻合．WMAP成员Lyman Page说：

新闻扫描由像素构成的宇宙 微波背景辐射有助于证明弦理论

CNNIC发布《域名争议解决办法》 日前,我国域名注册管理机构CNNIC(中国互联网络信息中心)发布《域名争议解决办法》及其程序规则。 该《办法》规定,任何机构或者个人认为他人已注册的域名侵害其合法权益时,均可以向CNNIC认证的域名争议解决机构提出投诉,有关争议将在45天至60天内予以解决。

宇宙微波背景辐射中发现引力波：暴涨论接近证实

据《物理世界》网站报道，近日南极望远镜（SPT）在宇宙微波背景辐射（CMB）中探查到光线的细微弯曲，这被称作“B模极化”。这一现象在科学界预言已久，此次对其存在的证实，将为最终对大爆炸宇宙学中的一项关键理论，即暴涨理论进行验证铺平道路。