暗能量主宰宇宙命运:可把宇宙撕碎

455279815 · 发表于 2014-11-21 11:30:18

　　物理学家为推动宇宙加速的力量安上了一个异想天开式的名字——暗能量，它对抗引力的束缚，将宇宙空间向外推挤。如果暗能量是宇宙疾速膨胀的幕后推手，那么总有一天宇宙自身会在一场“大撕裂”中分崩离析。有关“反引力效应”的谜团正是现代物理学中的最大的困惑——暗能量来自哪里？它如何推动宇宙膨胀？它是否真的存在？对于这些问题，学界全都没有达成共识。
　　膨胀的证据

　　第一个暗示宇宙膨胀的证据可追溯到几乎一个世纪前。在这个证据出现之前，物理学家仍然SS握住200多年前艾萨克·牛顿提出的宇宙模型，其中，空间和时间都是永恒稳定的，并可用严格的尺规和时钟精确测量。根据牛顿的理论，引力是一种能够在虚无的空间中穿行的力，这种无形的力量将天体拉扯到了一起。宇宙的历史。时间和空间从大爆炸开始，在经历初期的膨胀后，便进入了加速膨胀过程。起初，爱因斯坦想象中的宇宙是球状且静止的，不会膨胀也不会收缩。

　　令他吃惊的是，广义相对论导出的却是一个不稳定的宇宙：一个微小的变化就能打破辐射（如光）和物质之间的平衡，使宇宙向外膨胀或向内收缩。爱因斯坦为了坚持它的静止宇宙模型，便引入了一个稳定的参数，称为“宇宙常数”——它能抵消宇宙随引力收缩的趋势。宇宙常数只不过是一个为了使宇宙保持静止而捏造出来的参数。

　　但静止宇宙模型是错误的

　　1912年，斯里弗发现一切他能观测到的星系的光都比预期的更“红”，表明光波被拉伸了。红移意味着这些星系都朝远离地球的方向移动，而红移的大小则揭示它们的退行速度。我们很难测量出星系的距离，施密特补充道，“因为你不可能放把尺子在星系和地球之间。”哈勃的推算基于每个星系中拥有相同光度的明亮恒星，它们就像相同瓦数的灯泡一般，越暗淡，距离越远。这是一个非常粗糙的假设，因为不是一切恒星都具有相同的亮度，但这个假设基本成立。

　　哈勃发现遥远星系发出的光越“红”，星系退行的速度就越快。1929年，他将宇宙膨胀的证据公之于众。“用气球做比喻更容易理解，气球上事先画好的点就相当于宇宙中的星系。”施密特解释：“把气球吹起来，气球上的点开始相互远离——它们离得越远，相互退行的速度就越快。”哈勃的发现同这样的宇宙模型相契合：宇宙诞生初期非常紧凑，如今就好比一个不断膨胀的气球。
　　宇宙中的烛光

　　利用1a型超新星探测宇宙膨胀的想法在施密特和里斯相遇后愈发强烈，波尔马特当时已经确认了7颗1a型超新星，它们的距离都比先前科学家看到的远10倍。由于遥远天体的光到达地球需要时间，你的目光越深入苍穹，展现在你眼前的宇宙历史就越丰富。为这些遥远的超新星精确定位，有助于揭示宇宙在过去膨胀得有多快。波尔马特说：“如果宇宙曾快速膨胀，遥远超新星的红移就会比邻近的超新星更显着。另一方面，如果宇宙在以较慢的速率膨胀，遥远超新星的红移则不会那么明显。”通过比较遥远和邻近的“恒星Shi·Ti”的红移，还可能测得宇宙膨胀的速率是否曾发生改变。“这是一种很直接的测量方法，而其他人居然都没用过，当时我就震惊了。”波尔马特回忆道。

　　刀口上的宇宙

　　波尔马特强烈渴望找寻宇宙最终命运的真相。几十年前，宇宙学家凝视着爱因斯坦的方程式，推导出宇宙命运的三种可能·X·——这取决于宇宙中星系、恒星的数量。如果宇宙中物质的密度足够大，宇宙就不仅仅会减慢膨胀速度，而且会在引力作用下收缩成一个极小的点——这就是“大坍缩”。而如果宇宙所包含的物质数量在临界值之下，则膨胀虽然会减少，但永远不会停止；如果膨胀非常剧烈，或加速膨胀，宇宙则会终结于“大撕裂”。
　　寻找暗物质

　　对天文学家来说，未能在可见的宇宙中观测到那70%的物质似乎是个巨大的疏漏。天文学家明白，望远镜不可能捕捉到潜伏在宇宙中的一切。当他们发现大量星系外围物质的旋转速度都快得不可想象时，才意识到宇宙中多数物质都是不可见的。星系外围的恒星似乎被更强大的引力拖拽着，而这个更强大的力，比根据可见的恒星数量计算出来的引力还要大。最可信的解释是星系中也包含着我们无法用传统方式观测到的“暗物质”，它们对外围恒星也施加了引力。

　　暗能量的起源

　　尽管暗能量的理论得到了发展，但物理学家对于暗物质起源的探寻仍然处于“黑暗时期”。在宇宙学家的一个模型中，暗能量是从在亚原子领域占支配地位的量子物理模糊定律中诞生的。量子力学看似离奇，因为在你观测某个粒子之前，粒子没有任何确定的属·X·；相反，同一个粒子可同时在不一样位置存在。这种与生俱来的善变·X·，意味着你永远无法确定某个粒子是否在那里，即使在所谓的真空中也存在着进进出出的粒子，它们转瞬即逝。
　　不断突破的视野

　　从现在开始的8~10年内，“欧几里得”任务即将开始为科学家提供数据，但波尔马特认为这些数据或许并不能为我们所期望的答案提供支持。他说：“如果经验可以告诉你一切，那这些经验也会带来完全超乎你想象的东西。”施密特指出，自17世纪牛顿提出引力理论之后，我们经历了漫长的等待，终于，爱因斯坦的广义相对论诞生了。“为了解释宇宙常数存在的原因，我们需要另一个爱因斯坦——而我们只是不知道这样的真知灼见何时才会出现。”他说，“也许明天，也许还要再等150年。”