7個探尋宇宙起源重大發現：存在微小額外維度空間

台灣時間7月15日消息，據美國生活科學網站報導，大約138億年前，我們就知道宇宙開始誕生了，這個時刻被稱為大爆炸，當時太空自身快速開始膨脹，現在可觀測的宇宙直徑達到930億光年，並且仍不斷膨脹。

關於大爆炸有許多問題，尤其是在大爆炸之前發生了什麽（如果有的話）？目前科學家的確知道一些事情，以下是關於宇宙起源的7個重大發現：

1、宇宙不斷在膨脹

直到1929年，宇宙起源仍完全籠罩在神話和理論之中，同年，一位名叫埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）的天文學家發現一些非常重要的宇宙現象，這將為理解宇宙歷史開辟新途徑——整個宇宙都處於膨脹。

哈勃通過“紅移”觀測到宇宙不斷地膨脹，紅移是指在非常遙遠的星系看到向更長、紅色波長光線方向移動的現象，通常情況下，物體越遙遠，紅移越明顯。他還發現，在遙遠的星系中，紅移隨距離呈線性增加，這表明宇宙並非靜止，它的任何區域都不斷膨脹。

美國宇航局表示，哈勃能夠計算出宇宙膨脹速率，它被稱為哈勃常數，這項發現使科學家能夠推斷宇宙曾經被壓縮成一個小點，這就是大爆炸膨脹的第一時刻。

2、宇宙微波背景異塵餘生

1964年5月，貝爾電話實驗室研究員阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）在新澤西州研製一種新無線電接受器。他們的天線不斷接收到一種奇怪的嗡嗡聲，似乎來自於任何太空區域，他們認為這可能是設備裡的鴿子，但是移走鳥巢並沒有任何改變，減少其他干擾的嘗試也未奏效。最後，他們意識到可能發現某些真實的現象。

研究結果顯示，他們探測到宇宙中第一束光——宇宙微波背景異塵餘生。這種異塵餘生可追溯至大爆炸後38萬年，當時宇宙冷卻到足以讓光子（構成光線的波狀粒子）自由運行。這一發現為大爆炸理論和宇宙膨脹速度超過光速的觀點提供了支持，因為宇宙背景非常均勻，表明從一個小點開始，任何事物都在平穩膨脹。

3、天空地圖

科學家發現宇宙微波背景異塵餘生為了解宇宙的起源打開一扇窗戶。1989年，美國宇航局發射一顆衛星——“宇宙背景探測器（COBE）”，它測量了背景異塵餘生的微小變化。美國宇航局指出，這是宇宙的“嬰兒圖像”，呈現膨脹宇宙中一些最初的密度變化。這些微小變化可能促使星系和真空的出現，形成現今我們看到的宇宙星系網絡。

4、宇宙膨脹的直接證據

宇宙微波背景也使研究人員找到了膨脹的“確鑿證據”——大爆炸時發生比光速還快的大規模膨脹。儘管愛因斯坦的狹義相對論認為，沒有什麽比光在太空中傳播得更快，但這項研究並不與狹義相對論相悖——空間自身處於膨脹之中。2016年，物理學家宣稱，他們在宇宙微波背景中發現一種特殊的偏振或者方向性，這種偏振叫做“B模式”。B模式偏振是大爆炸產生引力波的第一直接證據，引力波的產生是由於空間中大量物質加速或者減速，發現的第一個引力波來自黑洞碰撞，B模式偏振為直接探測早期宇宙膨脹提供了一種新方法，或許還能找出是什麽原因推動宇宙膨脹。

5、迄今未發現額外維度空間

引力波發現的一個結果是，它使科學家能夠在通常的3個維度空間之外尋找其它維度。依據理論學家的觀點，引力波應該能夠穿越到未知維度，前提是這些維度的確存在。2017年10月，科學家探測到兩顆中子星碰撞產生的引力波，他們測量了引力波從恆星傳播至地球的時間，未發現任何超維度遺留下來的證據。這項研究結果發表在2018年7月份發表的《宇宙學和天體粒子物理學雜誌》上，研究結果表明，如果宇宙中還存在其它維度空間，它們都是非常微小的，只會影響到宇宙中小於1.6公里大小的區域。這意味著弦理論（假設宇宙是由微小振動弦組成，並且預測存在至少10個微小維度空間）仍然可能是正確的。

6、宇宙膨脹加速……

物理學最奇怪的一個發現就是宇宙不僅在膨脹，而且處於加速膨脹狀態。這一發現可以追溯至1998年，當時物理學家宣稱了幾個長期運行的項目結果，測量了Ia型超新星，這是一種質量特別重的超新星，這幾位物理學家也因此獲得了2011年諾貝爾獎。他們揭曉了這些最遙遠的超新星釋放的光線比預期更弱，這些微弱光線表明空間仍在不斷膨脹之中。科學家認為宇宙加速膨脹的驅動力是“暗能量”，這是宇宙一種神秘力量，佔據宇宙能量的68%。暗能量似乎對宇宙起源理論與當前正在進行的觀測至關重要，例如：美國宇航局“威爾金森各向異性探測器（WMAP）”所進行的觀測，該探測器迄今繪製了最精確的宇宙微波背景圖。

7、宇宙膨脹甚至比預期更快……

2019年哈勃望遠鏡發布的最新結果使宇宙膨脹謎團變得更加撲朔迷離。哈勃望遠鏡測量結果表明，宇宙膨脹速度比之前觀測結果快9%。美國宇航局表示，對於星系而言，距離地球每330萬光年，由於宇宙的膨脹擴張，每秒會多移動74公里，這個數字表明宇宙膨脹速度比之前預期6意味著每秒74公里的速度比之前計算預測更快，比之前預測的宇宙膨脹速度67公里/秒快9%。

為什麽這對於宇宙起源至關重要呢？因為物理學家肯定遺漏什麽，據美國宇航局稱，在宇宙大爆炸期間和之後不久，可能有3次獨立的暗能量“爆發”。這些爆發事件為我們現今看到的宇宙奠定了基礎，第一次暗能量爆發可能開始於宇宙初始膨脹；第二次暗能量爆發可能發生的更快，就像一隻腳重重地踩在宇宙加速油門上，導致宇宙膨脹的速度比之前認為的更快；第三次暗能量爆發可能解釋了現今宇宙的加速膨脹。

以上預測還沒有得到證實，但是科學家正在積極探索驗證。美國德克薩斯大學奧斯汀·麥克唐納天文台的研究人員正在使用一種最新升級的儀器——霍比·埃伯利望遠鏡，直接尋找暗能量存在的證據。這項名為“霍比·埃伯利暗能量望遠鏡實驗（HETDEX）”的項目，正在測量110億光年之遙星系釋放的微弱光線，這將使研究人員能夠看到宇宙加速度隨時間的任何變化。他們還研究40萬年前宇宙產生的干擾回波，它們是宇宙大爆炸之後構成宇宙萬物的稠密粒子湯中形成的，這將揭曉宇宙膨脹的秘密，並解釋促使宇宙膨脹的暗能量。