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这个单一任务可以解决宇宙中最大的两个奥秘

2019-04-09 16:35:07来源:

我们的宇宙非常庞大,大多是神秘的,而且通常令人困惑。我们被大大小小的令人困惑的问题所包围。我们肯定有一些答案,比如粒子物理学的标准模型,它帮助我们(物理学家,至少)理解基本的亚原子相互作用,以及宇宙开始的宇宙大爆炸理论,它将过去的宇宙故事编织在一起138亿年

但尽管这些模型取得了成功,我们还有很多工作要做。例如,世界上什么是暗能量,我们给观察到的宇宙加速膨胀背后的驱动力的名称?而在规模的另一端,究竟什么是中微子,那些在没有与任何东西相互作用的情况下拉链和放大宇宙的幽灵小颗粒?[物理学中18个最大的未解之谜]

乍一看,这两个问题在规模和性质方面看起来完全不同,而且,我们可能认为我们需要回答它们的一切。

但可能是单个实验可以揭示两者的答案。欧洲航天局的望远镜将用于绘制黑暗宇宙的图景 - 看起来可以追溯​​到100亿年前,当时人们认为暗能量正在肆虐。让我们深入研究。

要深入挖掘,我们需要抬头看看。一路攀升。在比星系更大,更大的星座上(我们在这里谈论数十亿光年,人们),我们的宇宙就像一个巨大的,发光的蜘蛛网。除此之外,这个蜘蛛网不是由丝绸制成,而是由星系制成。长而细的星系卷须连接密集的丛状节点。这些节点是星系团,熙熙攘攘的星系城市以及炎热,丰富的天然气 - 数千个星系中巨大而宽阔的城墙。在这些结构中,占据宇宙中的大部分体积,是巨大的宇宙空洞,天体沙漠完全没有任何东西。

它被称为宇宙网,它是宇宙中最重要的东西。

这个宇宙网在数十亿年的时间里由于自然界中最弱的力量 -重力而慢慢地构建起来。当宇宙是当前大小中最微小的一部分时,它几乎是完全均匀的。但是“几乎”在这里很重要:从一个点到另一个点的密度存在微小的变化,宇宙的某些角落比平均值更加拥挤,而其他角落则更少。[宇宙中12个最奇怪的物体]

宇宙网中的星系团。K. Dolag,Universitäts-SternwarteMünchen,Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchen,德国

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随着时间的推移,重力会做出惊人的事情在我们的宇宙网中,那些略高于平均值的密集区域的重力有点强,吸引周围环境,这使得这些团块更具吸引力,吸引了更多的邻居,等等等等。

快进这个过程十亿年,你已经成长为自己的宇宙网络。

一个通用的食谱

这是一般情况:要制作宇宙网,你需要一些“东西”,你需要一些引力。但它真正有趣的地方在于细节,尤其是细节。

不同种类的物质会聚集在一起,形成不同的结构。某些物质可能会纠缠在一起,或者需要在它们凝结之前去除多余的热量,而其他物质可能会随时加入最近的一方。某些类型的物质移动得足够慢,以至于重力可以有效地完成其工作,而其他类型的物质则如此庞大而灵活,以至于重力几乎无法将它的微弱手放在上面。

简而言之,如果你改变宇宙的成分,你就会得到看起来不同的宇宙网。在一种情况下,与另一种情况相比,可能存在更丰富的聚类和更少的空洞,其中空隙在宇宙历史的早期完全占主导地位,根本没有形成聚类。[Big Bang to Civilization:10个惊人的起源事件]

一种特别有趣的成分是中微子,即前面提到的幽灵粒子。由于中微子很轻,它几乎以光速传播。这具有“平滑”宇宙结构的效果:重力根本无法完成其工作并将中微子拉成紧凑的小球。因此,如果你向宇宙中添加太多的中微子,整个星系之类的东西最终都无法在宇宙的早期形成。

微小的问题,大的解决方案

这意味着我们可以将宇宙网本身用作物理学的巨型实验室来研究中微子。通过检查网的结构并将其分解成各个部分(簇,空隙等),我们可以直接处理中微子。

艺术家对欧几里德宇宙飞船的印象。ESA / ATG-媒体实验室

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只有一个琐碎的问题:中微子不是宇宙中唯一的成分。一个主要的混淆因素是暗能量的存在,这种神秘的力量将我们的宇宙分开。正如您可能怀疑的那样,这会以一种主要方式影响宇宙网络。毕竟,在迅速扩张的宇宙中建造大型建筑物有点困难。如果你只看宇宙网的一部分(例如,星系团),那么你可能没有足够的信息来分辨中微子效应和暗能量效应之间的区别 - 这两者都阻碍了它们的聚集“东西。”

在最近发表在预印本期刊arXiv上的一篇论文中,天文学家解释了即将到来的星系调查,如欧洲航天局的欧几里德任务,将有助于发现中微子和暗能量属性。欧几里德卫星将绘制数百万个星系的位置,绘制宇宙网的非常宽阔的画像。在这个结构中暗示着我们宇宙的历史,这个过去取决于它的成分,如中微子和暗能量。

通过观察宇宙中最密集,最繁忙的地方(星系团)和宇宙中最孤独,最空旷的地方(空洞)的组合,我们可以得到暗能量的本质(这将预示着一个时代)的答案全新的物理知识)和中微子的本质(它将做同样的事情)。例如,我们可能会了解到暗能量正在变得越来越糟,或者越来越好,甚至可能只是变得相同。我们可能会了解到大量的中微子是有多大的,或者有多少中微子在宇宙中飞来飞去。但无论如何,我们很难说实际看起来会得到什么。