了解宇宙如何运行7（宇宙究竟是如何运作的？）

了解宇宙的诞生及其最终命运是揭示其运作机制必不可少的第一步。反过来，这需要了解其始于大爆炸的历史。

图解：描述宇宙膨胀的艺术构想图，其中横坐标表示宇宙演化的时间，而对应的空间尺寸（包括想象中的不可观测部分）都用相应的圆横截面表示。左端表示在暴胀时期发生的急速膨胀（注意不成实际比例），而当宇宙演化到中期时开始加速膨胀。而微波背景辐射的形成、恒星形成、星系形成以及WMAP的出现都在相应的时间上表示出来。 图片来自2006年的WMAP新闻发布会。

美国航天局过去使用宇宙微波背景探测器（COBE）和威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）进行的调查测量了宇宙仅有“30万岁”时的辐射，证实了其早期演化的理论模型。随着灵敏度和分辨率的提高，欧洲空间局的普朗克天文台在其两年的巡天中探测长波天空到新的深度，为宇宙最初几个时刻的物理学提供了严格的新约束。此外，在这些初始瞬间由引力波留下的宇宙微波背景（CMB）上所谓的B模式偏振模式的可能检测和研究将为我们今天观察到的大尺度结构如何形成提供线索。

图解：威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）拍摄到宇宙在大爆炸发生后宇宙微波背景的影像

哈勃太空望远镜和其他观测站的观测表明，宇宙正在以不断增长的速度扩张，这意味着有一天 - 在遥远的未来 - 任何仰望夜空的人都只会看到我们的银河及其恒星。这些未来的观察者将会发现数十亿其他星系已经远去。推动宇宙分离的力量的起源是一个谜，天文学家将其简称为“暗能量”。这个新的，未知的成分，占宇宙质能含量的约68％，将决定所有物质的最终命运。确定暗能量的本质，以及它在宇宙时内可能的历史，也许是未来十年天文学最重要的探索，也是宇宙学、天体物理学和基础物理学的交叉点。

图解：绘图显示，宇宙是否稳定，还是只是长寿泡沫，这要依希格斯玻色子与顶夸克的质量而定。直至2012年为止，从兆电子伏特加速器与大型强子对撞机实验数据得到的2σ椭圆，仍旧允许这两种可能结局。

如果我们要了解宇宙是如何运作的，那么知道物理定律如何在空间和时间的极端条件下，黑洞或中子星附近表现，也是我们必须获得的一片重要拼图。目前在X射线和伽马射线能量下运行的天文台，如钱德拉X射线天文台，核分光望远镜阵，费米γ射线空间望远镜和欧洲航天局的 XMM牛顿望远镜，正在产生大量关于致密源附近物质条件的信息，这些物质处于地球上无法达到的极端重力场中。

相关天文知识

宇宙微波背景是宇宙学中“大爆炸”遗留下来的热辐射。在早期的文献中，“宇宙微波背景”称为“宇宙微波背景辐射”（CMBR）或“遗留辐射”，是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景是宇宙背景辐射之一，为观测宇宙学的基础，因其为宇宙中最古老的光，可追溯至再复合时期。利用传统的光学望远镜，恒星和星系之间的空间（背景）是一片漆黑。

图解：本图并列了研究本现象不同时期的设备与成果。由上往下依序是彭齐亚斯和威尔逊时期，COBE时期、WMAP时期和COBRAS/SAMBA时期。

然而，利用灵敏的辐射望远镜可发现微弱的背景辉光，且在各个方向上几乎一模一样，与任何恒星，星系或其他对象都毫无关系。这种光的电磁波谱在微波区域最强。1964年美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现宇宙微波背景，这一发现是基于于1940年代开始的研究，并于1978年获得诺贝尔奖。