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宇宙的平均溫度正在升高

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近一個世紀以來，天文學家們逐漸認識到宇宙正在膨脹。上世紀九十年代，他們意識到宇宙的膨脹速度從40億年前開始就一直在加快。

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但是俄亥俄州立大學宇宙學和宇宙粒子物理中心的新研究表明，隨著時間的推移，宇宙也越來越熱了。在研究了宇宙在過去100億年中的熱歷史之后，該團隊得出結(jié)論：宇宙的平均溫度已經(jīng)比100億年前提高了10倍，達到了220萬開爾文（疑數(shù)據(jù)有誤，暫不翻）。

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這篇名為《使用修尼亞耶夫·澤爾多維奇X線斷層攝影術(shù)研究得出的宇宙熱歷史》的研究報告最近發(fā)表于《天體物理學》雜志。該研究的帶頭人是宇宙學和宇宙粒子物理中心的研究人員一寬池昂，團隊成員來自卡夫利宇宙物理與數(shù)學研究所、約翰斯·霍普金斯大學以及馬克思·普朗克天體物理研究所。

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該團隊在研究中測量了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的熱量數(shù)據(jù)。這將有助于我們了解宇宙圖景，還有暗物質(zhì)和氣體的引力坍縮造就的最大宇宙范圍。正如池昂博士在一則俄亥俄州的新聞中所說：

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“我們新的測量結(jié)果為2019年諾貝爾物理學家獲獎者吉姆·皮布爾斯的偉大構(gòu)想提供了有力的支撐。他為宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成奠定了理論基礎。在宇宙的運行過程中，引力使得暗物質(zhì)和太空中的氣體彼此逐漸靠近，形成星系和星系團。這種吸引力非常強烈，越來越多的氣體被其吸引而發(fā)生振動，從而導致了溫度的升高?！?/span>

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??為了測量過去100億年的熱力學變化，蔣和他/她的同時從歐洲航天局的普朗克紅外天文衛(wèi)星和斯隆數(shù)字巡天（SDSS）中收集數(shù)據(jù)。普朗克衛(wèi)星是歐洲第一個測量宇宙微波背景溫度任務所用的衛(wèi)星，斯隆數(shù)字巡天是一項大型的多光譜測量研究，其已經(jīng)繪制出來了目前宇宙最細致的三維地圖。結(jié)合這些數(shù)據(jù)集合，該課題組將8幅來自普朗克衛(wèi)星的天空強度圖與來自斯隆數(shù)字巡天的200萬光譜紅移數(shù)據(jù)文獻進行交叉關(guān)聯(lián)。

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結(jié)合紅移測量數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)通常用于確定物體移動遠離我們的速度）和基于光的方法所估計的溫度，該課題組比較了距離地球較遠（時間上更靠前）和離地球較近的氣體云的溫度。歐洲航天局從普朗克任務中所獲得的全天空數(shù)據(jù)顯示出了許多不同的波長。來自：歐洲航天局。由此，該課題組可以確定早期宇宙的氣體平均溫度（大約是宇宙大爆炸后40億年）低于現(xiàn)在。這顯然是因為，隨著時間的推移，宇宙結(jié)構(gòu)的引力坍縮，隨著宇宙的加速膨脹，該趨勢也會愈加強烈。

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正如蔣所歸納的，宇宙的升溫是由星系和結(jié)構(gòu)的形成的這一自然過程所導致的，與地球的氣溫變化并無關(guān)系：“隨著宇宙的演化，引力將太空中的暗物質(zhì)和氣體拉扯到一起，形成了星系和星系團，而該過程所受到的阻力是巨大的——巨大到越來越多的氣體相互撞擊并且被加熱……?這些現(xiàn)象都發(fā)生在跨度非常大的尺度上。在不同的尺度上沒有任何的關(guān)聯(lián)?！痹谝郧?，許多天文學家都認為，隨著宇宙的膨脹，宇宙會持續(xù)變冷，而這必然會導致“大寒冷”（或“大凍結(jié)”）。

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相反地，蔣和他/她的同事指明了，科學家們可以通過“檢查宇宙的溫度”來為宇宙結(jié)構(gòu)形成的進化來計時。由BOSS繪制的三維地圖的一部分。最左邊的矩形顯示了太空中1000平方度的一個截面，其中包含了120,000個星系，約占該研究全部的10%。作者：Jermey?Tinker/SDSS-III。

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這項發(fā)現(xiàn)也從理論上暗示過去公認的“宇宙正在變冷”的觀點已經(jīng)是一個過時的結(jié)論。另一方面，這也意味著對于費米悖論存在一種可能的解釋是高等外星文明（ETIs）都在睡覺，等待著宇宙環(huán)境得到改善（《夏眠假說》）。

基于熱力學計算（Landauer極限/原理），有論據(jù)指出，隨著宇宙的冷卻，高等文明將能夠從他們的偉大工程中獲得更多的收益。另外，如果宇宙隨著時間變得越來越熱，是不是意味著因為宇宙輻射的增加宇宙文明的出現(xiàn)將變得越來越不可能了呢？

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假設沒有用于維持某一熱平衡的機制，這是否意味著宇宙將不是以“大冷寂”結(jié)束而是“大火災”結(jié)束？正如羅伯特·弗羅斯特（Robert Frost）著名評論：“有人說世界將終結(jié)于大火中，也有人說世界將終結(jié)于冰冷中。”這些論述中哪些將會被證明是正確的，并且可能對未來的人類產(chǎn)生什么暗示，只有時間才能給出答案了... ...

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相關(guān)知識

宇宙（拉丁文Universus）是所有空間和時間以及其中一切內(nèi)容的總和，包含行星，恒星，星系和所有以其他形式存在的物質(zhì)和能量。雖然整個宇宙的空間大小仍是未知的，但是可觀測宇宙大小的測量是可以的，目前人們估計可觀測宇宙的直徑大小為930億光年。在各種多維宇宙假設中，某個宇宙是許多較大的宇宙的組成部分中的一個，它們相互間是斷開的，單個宇宙本身包含了所有的時空及其一切內(nèi)容。

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最早的宇宙學模型是由古希臘和印度的哲學家提出的，即“地心說”，他們認為地球是宇宙的中心。在過去的幾個世紀中，隨著更精確的宇宙學觀測的發(fā)展，尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus）提出了“日心說”模型，認為太陽是太陽系的中心。艾薩克·牛頓（Isaac Newton）的萬有引力定律就是基于哥白尼的工作和約翰內(nèi)斯·開普勒（Johannes Kepler）行星運動定律以及第谷·布雷的觀測工作建立的。

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作者：MATT WILLIAMS

FY：Astronomical volunteer team

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