宇宙如何形成？人类借“悟空”一探究竟(图)
（原标题：宇宙如何形成？人类借“悟空”一探究竟(图)）
　　文/图据新华社、《中国日报》
　　12月17日，搭载暗物质粒子探测卫星的长征二号丁运载火箭升空。
　　在自己的科幻小说《三体》中，刘慈欣俯瞰宇宙，用史诗般的笔触描绘人类所在星系的未来命运；17日，他站在距离发射塔架1500米的旷野中，仰望中国发射的首颗暗物质粒子探测卫星飞向空中。
　　“暗物质在科幻小说中几乎是空白，只有罗伯特·索耶的《金羊毛》中写到过。”刘慈欣在零下15摄氏度的酒泉卫星发射中心对记者说。
　　十，九，八，七，六，五，四，三，二，一，发射！黎明中，火箭在幽蓝的天空中腾空而起，顺利进入轨道。
　　通过一系列实验和观测，科学家们或许距离破解暗物质这个宇宙谜团只有一步之遥了。为了跨越这一步，整整一代物理学家已经等待了数十年。
　　“所有的猜想都会由探索给出答案。”“暗物质粒子探测卫星—悟空”在微博上“写”道。
　　文/图据新华社、央视
　　因为不了解，才叫暗物质
　　不久的将来，暗物质或许就不叫暗物质了。“由于人类还不了解暗物质，不得已才称它们‘暗’。”中科院国家空间科学中心主任吴季说。
　　暗’只是阶段性的名字。”吴季说，一旦发现了它们是什么，并且随着研究的深入，新发现的粒子会拥有新名字。
　　当人类仰望夜空中光华璀璨的繁星时，其实只看到了庞大宇宙中的冰山一角，宇宙的绝大部分对人类来说是隐藏的。
　　每时每刻，都有无数的暗物质粒子穿过人体，但是它太弱了，人完全没有感觉。尽管人的身体忽略了暗物质粒子的存在，但是科学家不能忽略。
　　“宇宙中，我们能看见的物质，都因为带有电子而能‘发光’；而我们能触碰一张桌子、一面墙，感觉到它们的存在，是因为有电磁场的相互作用。”暗物质粒子探测卫星首席科学家、紫金山天文台研究员常进说。
　　“与此不同，暗物质是不带电荷的，也没有电磁场的相互作用，能像幽灵一样穿透阻碍物，不着痕迹地从身边飞走。因此尽管我们周围存在暗物质，例如平均1立方厘米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子，但并不能为我们所看到或感觉到。”常进说。
　　没有暗物质，就没有人类
　　虽然科学家们还不知道暗物质究竟由什么构成，但通过观测它如何影响普通物质，并模拟它的引力效应，还是对它的性质有了一些了解。
　　暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用，它无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。由于它不会吸收和辐射电磁波，它一定是电中性的。
　　暗物质密度小、速度快，所以难以捕捉、难以探测。
　　暗物质的分布可能是不均匀的，星系中心方向的暗物质密度一般比较高。由于暗物质不会随着星系盘转动，太阳系这样的行星系会持久地在暗物质粒子“风”中前进。
　　暗物质应该来自于宇宙大爆炸。由于暗物质和它自己以及其他物质不发生除了引力以外的作用，它是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。
　　暗物质播下了宇宙丝状结构的种子，随后可见物质才聚集在这些由暗物质建立起来的引力点上，并最终形成了星系。
　　假如没有暗物质的引力作用，人类所在的星系——银河系将永远无法在宇宙大爆炸后的膨胀过程中坍缩形成。那样的话，现在既没有太阳，也没有地球，更没有人类。
　　“暗物质给科幻小说留下了很大的创作空间，完全能够担当推动小说情节的重要线索。”刘慈欣说，他已经开始构思与暗物质有关的科幻小说。
　　寻找顽皮“幽灵”，“悟空”火眼金睛
　　暗物质像幽灵般，和科学家玩着捉迷藏的游戏。暗物质粒子存在的证据都是通过引力相互作用发现的，实验中还没有确定的暗物质信号被探测到。
　　目前，世界范围内大致有三种方法来对暗物质进行探测。第一种，已知标准模型粒子和暗物质粒子相互作用的直接探测；第二种，标准模型粒子之间相互作用产生暗物质；第三种，暗物质粒子和暗物质粒子相互作用的间接探测。
　　中国暗物质粒子探测卫星取名“悟空”。事实上，科学家赋予了它悟空般的火眼金睛，也冀望它能真正参悟宇宙的奥秘。
　　“悟空”的尺寸只有1.5米＊1.5米＊1.2米，体积比一张办公桌大不了多少，但功能却非常强大。它将是世界上迄今为止观测能段范围最宽，能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。
　　它的观测能段范围是国际“阿尔法磁谱仪”的10倍，涵盖了电子能谱和光子能谱发生异常的地方；能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。
　　暗物质粒子卫星探测器属于大型空间高能设备，由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO能量器和中子探测器四个子载荷联合执行探测任务。四个探测器一层一层组装，就好像一个昂贵又复杂的“蛋糕”。
　　卫星将围绕地球旋转，四层科学探测器将面朝太空，全面接受来自宇宙四面八方的高能电子和伽马射线。这相当于科学家在宇宙中放置了一台“除去大气层面纱”的“超高清望远镜”。
　　所有收集到的科学数据将完整保存，并实时传回地面。一旦用这些原始数据勾勒出的“伽马射线能谱”反映出谱线极段等特征信号，科学家就获得了暗物质粒子存在的强有力证据。
　　面对未知世界，打开新的窗户“暗物质粒子探测卫星有望深刻的变革人类的宇宙观，实现空间科学重大突破。”常进说。
　　据暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健说，以前，中国几乎没有真正的科学卫星，科学家要进行相关研究，只能用国外数据。而这颗卫星由中科院承担研制和生产工作，在国际上，它并不逊色。
　　暗物质给人们的观念带来极大的冲击和突破。之前，人们无法想象这种看不见摸不着的物质在宇宙中竟占有如此大的比重。李政道先生认为，对暗物质的研究将预示着物理学的又一次革命。
　　科学家希望通过解开暗物质之谜，最终了解宇宙的起源。千百年来，人类一直试图求解这个能解答其他一切本源问题的根本问题。暗物质研究，也因此和日心说、万有引力定律、相对论及量子力学同列，具有重要的魔力和分量。
　　伍健说，中国之所以要发射这颗卫星，其中一个原因是，宇宙射线最高能量比目前的最大加速器高一亿倍以上。
　　“尽管暗物质粒子探测器最主要的目标是去寻找暗物质，但这个探测器本身就是一个望远镜，一旦打开这扇新的窗户，必然有好多新奇的发现。”常进说。“至于能不能找到暗物质，我现在也不能告诉你。暗物质的基本物理性质还没有完全弄清楚，谁能保证百分之百就能找到？谁都不能保证。”常进说。
　　“宇宙空间是人类最后的实验室。”他说。
　　而刘慈欣认为，太空探索，本质上是创新的事业，要去向未知的世界，就不能惧怕失败。
　　“地球只是一个暂住的地方，人类的未来在太空中，我们要更勇敢一些。”刘慈欣说。
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本文来源：新疆天山网-新疆都市报
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{description}揭秘宇宙六大未解之谜 大爆炸是怎样形成的
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来源：作者：责任编辑：许莹莹
　　1964年，美国新泽西州贝尔实验室的一对工程师在试图建造更好的天线时意外发现了宇宙的起源。在排除城市噪音、核弹和鸽子的粪便后，这两名工程师，阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔森(Robert Wilson)称他们的读数里奇怪的无线电嘶嘶声是第一个被证实的宇宙微波背景辐射(CMB)信号。这种余光产生于宇宙大爆炸之后，现在渗透了整个宇宙。
　　这项发现进一步加固了宇宙大爆炸理论作为宇宙起源的最好解释，而彭齐亚斯和威尔森也因此得到了诺贝尔奖。现在50多年过去了，CMB帮助我们了解了宇宙的年龄、形状和组成部分，以及它是如何进化的细节。但是随着每一项发现，CMB都提出了新的更令人费解的问题。以下是宇宙大爆炸研究引发的最令人苦恼的六大谜题。
　　1.为什么早期宇宙如此光滑？
　　最初，CMB的地图让人不敢相信是真的。宇宙大爆炸之后，物质应该四处散落形成随机的团状物。但是CMB显示出宇宙竟不可思议的统一，似乎在宇宙早期膨胀过程中，这些遥远的区域一直彼此接触。
　　20世纪80年代，物理学家提出了一个设想，也即宇宙大爆炸后宇宙经历了一个膨胀的时期——这个理论被称为膨胀理论。CMB的最新地图证实了该理论模型的某些预测，但并非所有的预测。即使这个理论是正确的，我们仍然不知道什么引起了膨胀，它是何时开始的以及为何结束。我们可能很快会有答案。膨胀引发了时空织布里的涟漪，后者被称为引力波，这些引力波的信号特征将出现在未来更高分辨率的CMB地图里，美国马萨诸塞州州坎布里奇哈佛-史密松天体物理中心的艾维·劳埃伯(Avi Loeb)这样说道。“利用其它方式产生这些引力波并非易事。”
　　2.大爆炸之前有其它事物吗？
　　膨胀轻易的抹去了快速膨胀期之前的任何记录，因此我们通过观测天空无法回答这个问题。此外，由于宇宙最初非常炙热和密集，因此我们用于描述宇宙膨胀和进化的方程式并不适用。将这些方程式与量子力学相结合的理论或可以对宇宙大爆炸之前存在的事物进行数学预测，虽然这一理论仍难以捉摸。当然，这并没有阻止人们利用CMB推测跳跃宇宙——也即陷入无限的膨胀和收缩循环——或者多重宇宙存在的可能性。
　　3.古代生命是否可能出现在大爆炸的余光里？
　　CMB的光来自于充满宇宙的过热气体或等离子体。这些物质随着时间的推移逐渐冷却下来，产生了恒星和星系。而现在我们知道，距离宿主恒星太遥远的行星因过于寒冷而不适合生命的存在。但是CMB的温度指数暗示着宇宙大爆炸之后1500万年，余光将足够温暖从而导致整个宇宙变成一个巨大的生命友好区。这个时期持续了几百万年，足以让微生物而非复杂生命体出现，劳埃伯暗示道。
　　4.什么是暗物质和暗能量？
　　早在1964年天文学家就已经知道宇宙的某些区域存在比我们能看见的更多的物质：基于我们对引力的最好理解，星系群里星系沿着自身轴线旋转的速率比在不分崩离析的前提下星系的可见物质允许星系旋转的速率要快得多。
　　CMB显示不可见的暗物质组成了宇宙里所有物质的80%。但我们仍然不知道这种神秘物质是由什么组成的，或者它是否会出现在基于太空的实验或者地下探测器里。
　　同时，1998年进行的超新星研究揭示了自大爆炸起宇宙不仅在膨胀，膨胀的速率还在不断加速。这种效应归因于一种名为暗能量的奇特力量，CMB显示它组成了宇宙里一切事物的68%。此外，暗能量还是物理学里最神秘的的力量之一。
　　5.宇宙的最终命运是什么？
　　对CMB的研究帮助我们追踪了暗能量的行为，最终将为我们提供宇宙可能的最终命运的信息。如果暗能量的强度仍然稳定增加，那么宇宙可能会在一场大撕裂里分崩离析。然而，如果暗能量增加继而又减少，那么某些结构可能会从垂死的宇宙灰烬里重新生长出来。如果暗能量保持在现在观测到的速率水平，那么宇宙可能会永远膨胀并最终陷入黑暗和寒冷。
　　6.大爆炸是否是个无法测试的理论？
　　如果这种稳定的膨胀持续时间足够长，那么CMB的单一波长可能会拉伸至和宇宙本身一样大。这意味着万亿年之后存在的人类将根本无法检测到CMB，劳埃伯说道。“我们对宇宙学研究的意义将完全丧失，因为我们将无法从天空里发现任何宇宙大爆炸的痕迹。” 劳埃伯表示。“在未来我们将形成一整套大爆炸理论，但我们却无法证实它。那么宇宙学是否会变成宗教?至少在未来万亿年，我们还无需担心这个问题。”
　　那么这个所谓的大爆炸理论会是正确的吗？科学的道路上从来就不是一帆风顺，将来，我们是否会推翻这个理论呢？
　　[责任编辑:许莹莹]
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宇宙到底是怎样形成的
发布时间：Mon Dec 07 10:10:00 CST 2015
城镇劳动者科学素质读本
日，美国&发现&号航天飞机发射升空，在预定高度轻轻松开机械手臂，把一个伸展着太阳能电池帆板的航天器送向太空深处。从此，在距离地面600千米的高空轨道，哈勃望远镜以2.8万千米的时速围绕地球飞行，始终睁大着直径足有2.4米的&巨眼&，向地面传回茫茫宇宙的观测图像。
宇宙到底有多大？这是一个人们无法想象的问题。古人说，&上下四方曰宇，古往今来曰宙&，指的便是宇宙根本没有时间和空间的边界。在今天的天文学家眼中，宇宙是在130亿~150亿年前的大爆炸中形成的。当时，一个温度极高、密度极大的原始质点发生大爆炸，强烈膨胀辐射的物质凝聚为星云，然后演化为各类天体， 包括星系、恒星、行星和卫星。
仰望宇宙， 我们看得见的星星几乎都是恒星。由于距离太远了，它们看上去只是在冷寂的太空中孤独飘零。其实，每颗恒星都是一个火热的太阳，汹涌的热浪不断地从这些大火球中吐出来，射向广漠的宇宙空间。即使是最坚硬的金属，都会在这种热浪中熔解甚至化为气体。
但是，人类可以看到的天体只是宇宙中极小的一部分。漫无边界的宇宙，绝大部分是被看不见的暗物质和暗能量所充斥着。科学家甚至宣布，已经在银河系中心发现了反物质，宇宙中的黑洞便是连接物质和反物质的时空隧道。即便是巨大无比的恒星，也会像人类一样经历成长和死亡的过程，变成白矮星、中子星或者黑洞。至于仍在太空中超期服役飞行的哈勃望远镜，也会在完成探索宇宙影像的使命后，最终坠毁在地球的大气层中。
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