終於找到驗證宇宙是否比另一端更熱的方法

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】科學家們長期以來觀察到宇宙微波背景的一個明顯的梯度，但一直無法確定到底有多少是真實的，多少是被感知的。USC Dornsife的研究人員似乎找到了解決問題的方法。從地球上觀察，宇宙的一端比另一端的溫度要高一些，至少在宇宙微波背景(CMB)方面是如此。但困擾宇宙學家的問題是，CMB的不平衡是真實的還是多普勒效應的結果。USC Dornsife的科學家Siavash Yasini和Elena Pierpaoli可能找到了一種方法來確定答案。最著名的可能是埃德溫·哈勃，他用來證明宇宙在膨脹，多普勒效應是由於物體在太空中快速移動而引起的電磁波頻率的明顯變化。

宇宙大爆炸的餘波，宇宙微波背景似乎在宇宙中有一個梯度，這一特徵讓宇宙學家困惑了幾十年。圖片信息及版權：Matthew Savino

電磁波，如電磁波，光波，x射線，微波等等——似乎在能量上發生了變化，那些向觀察者移動的物體看起來比它們實際的能量要高，或者更熱。相反的情況是，波遠離觀測者，看起來更冷。觀察天空的科學家們看到，在地球後面的空間看起來比前面的空間更冷，但不清楚這僅僅是多普勒效應還是CMB溫度的真實差異的觀測。這是一個持續了幾十年的謎題。因為CMB是來自大爆炸的剩餘能量——當整個宇宙從一個單點宇宙學家向外爆炸時，假設它是均勻分布的。宇宙中兩極的出現，比另一個更溫暖，因此必須是多普勒效應的結果，這是太陽系通過空間傾斜的結果。

物理學和天文學的博士生Yasini說：我們認為CMB的一邊看起來更熱，因為我們正朝它移動，而另一邊看起來更冷，因為我們正在遠離它。天體物理學家測量太陽系的速度相對於CMB，根據這個假設調整他們的計算，宇宙學家研究大爆炸和不久之後的條件。如果CMB中有一個固有的偶極子，如果某一側的天空實際上比另一側要熱一些，那麼我們為CMB分配的太陽系的速度是不正確的。這將影響科學家如何測量遙遠物體如星系的速度，以及在大爆炸發生後所發生的事情的理論。平均的頻譜在天空會不同偶極子是真實的，而不僅僅是多普勒效應的結果。

換句話說如果CMB在宇宙的一端比另一端更熱，那麼在整個天空中測量的平均溫度將會與CMB實際上是一致的情況略有不同。Yasini和Pierpaoli的發現將允許宇宙學家進行下一代CMB的調查，以確定CMB偶極子的性質，這是第一次解開這個謎題。既然我們有了找到答案的數學基礎，那麼我們就只能繼續觀察了。如果它的一部分是真實的，而不僅僅是多普勒效應的結果，天體物理學家和天文學家將不得不重新校準他們的所有測量，以得到更準確的觀測宇宙的觀點。同樣重要的是，研究宇宙大爆炸和早期宇宙條件的宇宙學家將會有新的方向去探索宇宙微波背景如何以及為什麼會不均勻地分散，以及宇宙是如何形成的。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

作者：Darrin S. Joy

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：南加州大學

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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