對(duì)超新星的觀測(cè)結(jié)果為宇宙加速膨脹理論提供了強(qiáng)有力的證據(jù),進(jìn)而顯示了某種暗能量的存在。但是,僅僅這些數(shù)據(jù)并不能確認(rèn)暗能量的數(shù)目。我們還需要知道宇宙中物質(zhì)的數(shù)量。宇宙中的物質(zhì)越多,就需要越多的暗能量才能克服物質(zhì)間的引力作用,從而為加速膨脹提供能量。因此,我們需要更多的信息來(lái)確定宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的數(shù)量。幸運(yùn)的是,宇宙微波背景輻射的結(jié)果能為超新星數(shù)據(jù)提供非常好的補(bǔ)充。

幾何學(xué)終極課程

在第3章中,我們?cè)?jīng)提到在蟲(chóng)子的世界里,不同幾何中的三角形會(huì)遵循不同的規(guī)律。在圖10—3中我們給出了三種不同的二維表面,分別代表封閉的、平坦的和開(kāi)放的空間。在每一個(gè)面上都有一個(gè)三角形,其中標(biāo)記為“L”的邊具有完全相同的長(zhǎng)度。除此之外,這條邊和其對(duì)角　頂點(diǎn)之間的距離也是相同的。但是,由于這三種曲面的幾何特征不同,三個(gè)　角的大小卻是不一樣的——封閉空間的　角最大,開(kāi)放空間的則最小。

角形。這意味著找到一把標(biāo)準(zhǔn)的尺子——一個(gè)已知尺寸為L(zhǎng)的天體——并把它作為三角形的對(duì)邊。同時(shí),我們希望這個(gè)天體越遠(yuǎn)越好,這樣由幾何結(jié)構(gòu)所造成的觀測(cè)角差異就會(huì)更加明顯。因此,通過(guò)測(cè)量這把尺子在天空中的視覺(jué)尺寸,就能揭示宇宙空間的整體曲率。這正是宇宙微波背景輻射(CMB)發(fā)揮作用的地方:天空中CMB的分布變化為我們提供的正是這樣一把標(biāo)準(zhǔn)尺子。

微波背景輻射的溫度在宇宙中幾乎是均勻的,其平均值為絕對(duì)零度以上2.725度(-270.425℃)。但空間各處的溫度也不是完全相等的,其浮動(dòng)范圍大致在0.000 2度上下。1992年,喬治·斯穆特(George Smoot)通過(guò)宇宙背景探索者衛(wèi)星(Cosmic Background Explorer,COBE)首次探測(cè)到了這一微乎其微的溫度變化,并因此榮獲了2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。和他分享這一殊榮的合作者約翰·馬瑟(John Mather),則在1990年通過(guò)COBE衛(wèi)星探測(cè)宇宙微波背景光譜,并據(jù)此推斷出宇宙的溫度。在此之后的其他一些實(shí)驗(yàn),為CMB描繪了一幅更精細(xì)的圖像。8