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[交流]
【交流】新牛顿宇宙 第三章 微波背景辐射 3.2宇宙再电离
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3.2宇宙再电离 在标准宇宙学模型中，我们今天所观测到的‘微波背景辐射’被认为是宇宙大爆炸时高温辐射在绝热膨胀后留下的遗迹。俞允强教授在他的‘热大爆炸宇宙学’一书中第五章专门对微波背景辐射问题进行讨论。在这章的开头，俞允强教授对微波背景辐射问题有这样一个总的评论：‘宇宙背景辐射的存在是大爆炸理论的主要预言。它在1965年被发现，这是宇宙学成功史上最珍贵的一页。后来，关于背景辐射性质的一切理论预言都陆续得到了观测的证实。这使学术界普遍地接受了大爆炸理论。至今，对背景辐射的研究仍在发展中，但动机已不再是检验理论，而是想从中获取更多关于早期宇宙的信息。’由此可见，我们今天所观测到的‘微波背景辐射’对所谓‘标准宇宙学模型’有多么重要的意义。 关于我们今天所观测到的微波背景辐射的形成机制，俞允强教授在他的‘热大爆炸宇宙学’一书中是这样描述：‘在原子中性化的后期，绝大部分电子束缚在中性原子内，自由电子的密度的迅速降低，使光子的碰撞率急剧减少，最后它完全失去了碰撞的机会。这就是光子在宇宙介质中的退耦。退耦的光子与气体中的其他组分粒子（中性氢）已几乎没有相互作用，因而被称为背景光子，或背景辐射场。所以说，中性原子的形成和光子的退耦是同一过程的两个方面。’ 1999年欧洲空间局发射了XMM—牛顿X射线卫星（X-ray Multi-Mirror Newton，2009年5月欧洲空间局宣布XMM—牛顿X射线卫星在宇宙中寻找到了部分失踪物质。在标准宇宙学理论中，所预言的普通物质中，只有很小一部分是以恒星和星系的形式存在，而较冷的气体云所占的比例更多。然而，望远镜所发现的普通物质还不足标准宇宙学理论所预言的总量的一半。理论家疑心，有一片由普通物质构成的稀薄气体分布在空间中，温度在100万度左右。这种炽热气体的迹象已经在附近的星系团中发现了。XMM—牛顿X射线卫星的这个观测结果证实了理论家这个猜想。这个观测结果说明，星系际空间中充满高度电离的气体，其总质量和原来望远镜所发现的普通物质相当。是宇宙中物质的一个重要组成部分。这些高度电离气体中的自由电子密度比天文学家原来所想象的多得多。 很显然，XMM—牛顿X射线卫星发现的这些星系际空间高度电离的气体的存在和‘微波背景辐射是宇宙大爆炸的遗迹这个预言所需要的假设，即宇宙空间中自由电子的密度的迅速降低，使光子的碰撞率急剧减少，最后它完全失去了碰撞的机会，是相互矛盾的。因为，如果星系际空间中所充满高度电离的气体会，则宇宙空间中的自由电子密度的不可能迅速降低，从而使自由电子和光子的碰撞率急剧减少，最后它完全失去了碰撞的机会。这样现实的宇宙无法满足做出微波背景辐射是宇宙大爆炸的遗迹这个预言所要求的条件，即宇宙中的物质在冷却后和辐射是‘退耦’的这个条件。为了解释这个矛盾，主张‘标准宇宙学模型’的宇宙学家提出了‘宇宙再电离’理论。可是‘宇宙再电离’理论多年来一直是个悬而未决的难题。而且，即使宇宙演化确实存在过物质和辐射‘退耦’的阶段，再电离了的宇宙也要破坏物质和辐射‘退耦’状态，无法保证宇宙背景辐射保持在所谓‘最后散射面’的黑体谱分布。这个问题我要在下一节讨论。 宇宙学家陈学雷先生2009-12-26在科学网上发表了一篇‘博客文章’，题目为‘宇宙再电离’。文章中也提到： ‘宇宙的再电离是星系形成与演化的关键阶段，也是至今人类所认知的宇宙演化历史中的一块重要空白，因此近年来已成为宇宙学与天体物理学中的一个极活跃的研究方向’。 ‘对宇宙再电离的研究，观测上存在很大困难，理论上目前也有很多不确定性’。 ‘在理论上，宇宙再电离的研究已远远走在了观测的前面。人们建立了各种宇宙再电离的模型。对于再电离是首先发生在高密度区还是低密度区，典型电离区的大小等都曾有过不同的看法’。 即使这样，陈学雷先生还是坚持认为，有了这些‘远远走在了观测的前面’的‘宇宙再电离’理论，‘宇宙的膨胀和冷却’形成的微波背景辐射和星系际空间高度电离的气体之间的存在之间的矛盾已经解决，不能再加以质疑。当我提出不同意见后，开始陈学雷先生还对我的质疑意见提出他的看法，后来就不予回答。‘科学网’的编辑部则干脆封掉我在科学网上的评论功能，不允许我再提出质疑意见。我不知道这是科学院的政策，还是‘科学网’编辑部自己独创的政策，或者是‘科学网’编辑部在某些坚决保卫‘标准宇宙学模型’的宇宙学家施加影响后做出的决定。 关于我对‘宇宙再电离’理论的具体意见请我的博客文章‘答陈学雷先生---宇宙再电离和微波背景辐射’和‘可观测的宇宙----12 XMM-牛顿卫星敲响了宇宙大爆炸理论的丧钟’。 参考文献 42 陈学雷 宇宙再电离 2009-12-26 地址：http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=281603 43 郑怡嘉 答陈学雷先生---宇宙再电离和微波背景辐射 地址：http://blog.51xuewen.com/zyjblog/article_22888.htm 44 郑怡嘉 可观测的宇宙----12 XMM-牛顿卫星敲响了宇宙大爆炸理论的丧钟 地址：http://blog.51xuewen.com/zyjblog/article_22787.htm |
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