早期宇宙學(xué)研究可以追溯到宇宙誕生之后的大約10萬年，天文學(xué)家的實際觀測進入到了宇宙的邊緣。最好的揭示歷史神秘性的方法是回顧事件發(fā)生時的場景和過程，應(yīng)用新的認識方法和檢測工具，尋求事件發(fā)生的線索。宇宙的神秘性就在人們對星空的仰望之中，科學(xué)家一直在努力地探索，使用了創(chuàng)新的科學(xué)思維和改進的探測技術(shù)，認知水平伸向了宇宙史的深處，追溯到了宇宙誕生的最早期，科學(xué)認知的觸角甚至延伸到了宇宙誕生的時刻。在宇宙大爆炸的前前后后發(fā)生了物理形態(tài)的變化，勞倫斯伯克利國家實驗室（BERKELEY LAB）的研究人員開展了有關(guān)宇宙微波背景輻射（CMB）的一項研究，對早期宇宙的追溯到達了宇宙誕生之后的100年到30萬年。

宇宙在大爆炸之后的時期發(fā)生了怎樣的變化？研究人員希望找到其中動人心魄的線索。伯克利國家實驗室的理論物理學(xué)家埃里克·林德是超新星宇宙學(xué)項目組的一名成員，他解釋說宇宙學(xué)家繪制了早期宇宙史的標準畫卷，在宇宙早期的演變中，熱輻射首先占據(jù)了畫卷的主要位置，然后是物質(zhì)鋪滿了畫卷主要的畫面，大量的觀測資料證實，早期宇宙發(fā)生了從熱輻射狀態(tài)到星系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程。研究人員找到了更多的線索，占據(jù)“宇宙畫冊”主導(dǎo)位置的熱輻射逐漸讓位于占主導(dǎo)位置的星系，宇宙演化的圖像似乎沒有理論預(yù)期的精確性，早期宇宙可能有某種額外的熱輻射，不是由微波背景輻射（CMB）光子組成。

目前對宇宙大爆炸和宇宙早期的整體知識依賴于CMB的觀測數(shù)據(jù)，它是人們已知的宇宙中最古老的光線，宇宙在膨脹過程中逐漸冷卻下來，CMB光子隨之掙脫了其它粒子的束縛，自由光子和其它輻射粒子與質(zhì)子和其它質(zhì)子類的物質(zhì)粒子發(fā)生了分離。CMB的測量結(jié)果揭示了宇宙從早期狀態(tài)成長為大尺度結(jié)構(gòu)的今日宇宙。埃里克·林德和阿里雷扎·霍賈提、約翰·單星組成了科學(xué)小組，對歐航局的普朗克衛(wèi)星和美航局的威爾金森微波各項異性探測器（WMAP）收集的大量數(shù)據(jù)進行了分析，兩臺先進的探測器超過了以往探測器的分辨率，噪音低，覆蓋了更廣的天空區(qū)域。

從普朗克衛(wèi)星和WMAP收集的數(shù)據(jù)出發(fā)，科學(xué)小組追溯了宇宙史的最早時期，甚至接近宇宙誕生的時刻，物理學(xué)家過去不能到達宇宙最早期的高能狀態(tài)，現(xiàn)在有所不同?？茖W(xué)小組研究了宇宙大爆炸遺存的余輝——CMB光子，宇宙物理學(xué)家認為，在宇宙大爆炸之后出現(xiàn)了暗物質(zhì)，觀測結(jié)果與理論的預(yù)測相符，但存在與宇宙學(xué)標準模型偏離的現(xiàn)象，可能有某種超越或不同于CMB光子的相對性粒子，在熱輻射向星系物質(zhì)轉(zhuǎn)變的過程中，相對性粒子扮演了特殊的角色。

相對性粒子的主要懷疑對象是野性十足的中微子，幽靈性的亞原子粒子難以捕捉，中微子稠密度在今日宇宙粒子中排在第二位，光子稠密度則排在第一位。不能從字面含義解釋原初中微子的“野性”，這一形容詞只是描述中微子的隱秘性，粒子物理學(xué)家現(xiàn)在能夠觀測和區(qū)分不同的中微子。相對性粒子的次要懷疑對象是暗能量，宇宙學(xué)家用反引力特性的暗能量解釋了宇宙加速膨脹的動力之源，但暗能量觀測異常困難。

有些高能物理學(xué)模型加入了暗能量因素，宇宙常數(shù)概念很好地符合了常規(guī)的暗能量，CMB分布將暗能量稀釋到宇宙總能量密度的十億分之一，暗能量分布在宇宙膨脹過程中逐漸得到稀釋，早期暗能量理論指示，暗能量密度在早期宇宙比晚期宇宙高得多。在宇宙大爆炸之后的70億年，早期暗能量變成了宇宙加速膨脹的驅(qū)動力，宇宙加速膨脹從大約60億年前一直持續(xù)到了今天。暗能量概念展示了人類深刻的科學(xué)洞察力，指示了宇宙加速膨脹的根本原因，暗能量也為弦理論和其它物理理論提供了依據(jù)。

宇宙背景輻射（CMB）產(chǎn)生了極化現(xiàn)象，科學(xué)家和工程師研制了天文望遠鏡POLABEAR，專門望遠鏡的開發(fā)和應(yīng)用有助于科學(xué)家更好地理解早期宇宙運行的物理機制，科學(xué)小組的早期宇宙研究成果主要有三個方面，一是在宇宙大爆炸后遺留的微波背景輻射中揭示了熱輻射的特征，二是熱輻射為主導(dǎo)的宇宙時期轉(zhuǎn)化為物質(zhì)形態(tài)為主導(dǎo)的宇宙時期，但轉(zhuǎn)化過程不同于目前標準宇宙模型精確預(yù)測的結(jié)果，三是在早期宇宙發(fā)現(xiàn)了過量輻射的現(xiàn)象，或者與宇宙早期的中微子有關(guān)，或者與宇宙早期的暗能量有關(guān)，早期的暗能量作用已經(jīng)轉(zhuǎn)化為宇宙加速膨脹的內(nèi)在動力。

（編譯：2021-8-9）

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