宇宙交響曲走調了?-科學人雜誌
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宇宙交響曲走調了?

2005-09-01 史達克曼(Glenn D. Starkman)、舒瓦茲(Dominik J. Schwarz)
宇宙微波背景輻射是全世界最古老的樂音,吟唱著宇宙的秘密。然而最新的觀測發現,其中竟隱含著不和諧的旋律?

重點提要

就像技巧嫻熟的樂團,因為主要樂器暗中出錯而發出不協調的樂音;宇宙微波背景的「音樂」,在理論與觀測間也有著神祕的落差。如果不是測量出了錯,那麼宇宙必定比我們原來想像的還詭異。
想像一下,有個成員無比眾多的管弦樂團,演出長達140億年的盛況。乍聽之下,樂曲的旋律還蠻和諧一致的;但再仔細聽聽:有樂器好像走音了。奇怪,低音號與低音大提琴輕聲演奏著的,是不一樣的歌曲。這是科學家「聆聽」宇宙微波背景輻射(CMB)所演奏的宇宙音樂時發現的。CMB是我們窺視早期宇宙狀態最大尺度的窗口。或許得感謝量子力學的作用,在大霹靂發生後不久,宇宙的能量密度便明顯有著不規律的起伏。這些隨機的起伏像吹氣球般脹大,最終形成今日的星系團。這種能量密度的起伏非常類似聲波(一般的聲波是藉由空氣密度的振盪而產生),140億年前響徹整個宇宙的「聲音」,會銘刻在CMB上。現在,我們可藉由CMB的溫度變化,「看見」這些聲音在天空中的圖譜。CMB的漲落,可以像聲波一樣,藉著將其分解為個別的諧波分量,予以分析解讀。這些諧波就像不同頻率的單音,或者,更具體的說,是樂團裡不同的樂器。有一些諧波發出的聲音太小,不符合它們應扮演的角色。另外,這些諧波以奇怪的方式排列,奏著錯誤的旋律。這些錯誤的音符顯示,在其他方面都高度成功的標準宇宙學模型,是有瑕疵的不然,就是觀測數據出了問題。在過去幾十年,科學家已建構並確證了宇宙...

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