宇宙结构的形成与物质涨落的成功模拟

如果我们的宇宙开始于一个炙热而又无序的火球，那么我们观测到的恒星、星系和星系簇又是怎样形成的呢？其实，它们的形成是引力作用的必然结果。在宇宙诞生之初，即使仅仅存在着极细微的物质涨落，由于引力的作用，也会形成相当显著的密度差异。

现在，理论物理学家已经可以利用计算机来模拟宇宙的演化了。在模拟程序运行之初，输入指令，让宇宙物质发生轻微的涨落。随着宇宙的膨胀，原始星系以及更大的宇宙结构相继出现了。这一过程的纯引力方面可以被模拟得相当好。然而，宇宙尘云要在引力的作用下形成星系，它的密度必须要提高到原来的几十亿倍才行；另外，它们还需要十分复杂的动力学以及辐射传递机制来确定它们的质量。而且，第一批形成的恒星所释放的能量还会对后来发生的事情产生不确定的影响因素。这些都复杂得难以计算，而不得不根据局部的观测结果采取某些似是而非的近似“处方”。

虽然存在这些局限，但是宇宙结构的模拟方法在计算目前的星系以及星系簇的形态方面仍然取得了巨大的成功。而且，这些模型还可以通过观察它们所处理的新的高红移数据，来了解宇宙的过去。(www.xing528.com)

另外还有一个方法可以检验这些计算方案是否合理。在这些模拟方案中，星系的尺度和它的簇状结构分布取决于物质最初涨落的幅度和方式，而现在所观测到的微波背景辐射应该能够反映出这些波动来。因此，这也提供了一条独立的线索来确定那些涨落的幅度。确定涨落幅度的有效辐射应当来自于一个非常遥远的表面，当这个表面发出有效辐射时，那些原始涨落的幅度还相当小。这个表面上的原始星系簇所发出的辐射看起来应该稍稍有些冷，因为，它需要消耗一份额外的能量来摆脱高密度区域的引力作用；相反，那些无效辐射的温度则要高一些。预计这种温度上的相对差别大约有1／105。在某种程度上，它还可以预测由于辐射源的运动方式不同而带来的那些稍微有些大的多普勒波动。

因为背景辐射本身还比大气冷100倍，所以把测量背景辐射的精度提高到10万分之一，是一项令人生畏的技术挑战。但是现在，我们已经能够做到这一点了。第一个测量到这一波动的是乔治·斯姆特（GeorgeSmoot）领导的研究小组。他们使用了COBE卫星收集的4年数据。可是，只有当角度大于7度时，他们的测量才是有效的。后来，他们又在陆地和气球上进行了补充实验。测量结果表明，原始涨落的幅度确实与形成星系所要求的相一致。在未来的几年内，美国宇航局的微波各向异性探测器和欧洲航天局的普朗克卫星，将会得到更加准确的数据，以解决宇宙学、早期宇宙、星系形成中的许多关键性问题。