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[科幻] 無形之手控制宇宙 暗能量顛覆愛因斯坦理論
那是哈佛大學天文學家羅伯特﹒基爾希納不會輕易忘掉的一次通話
。一位同事打電話給他,討論可見宇宙最邊緣爆炸星體的最新觀察
情況。基爾希納的同事說了一些他不想聽的事情:宇宙處于一種無
人能解釋的力量的控制之下。
這樣一種驚人的發現通常都會使科學家感到興奮。但這一次不同。
這種力量曾使愛因斯坦上當。基爾希納和他的同事擔心的是,他們
也有可能同樣受騙。
那是1997年12月的事。從那時起就越來越清楚,對爆炸星體觀察到
的情況并沒有騙人。其他天文學家也觀察到了同樣的情況,來自太
空的數據也証實了他們的觀察。現在几乎沒有懷疑的余地了。宇宙
不僅在膨脹,而且在一種確實不知從何而來的力量作用下,膨脹的
速度越來越快。
它的名字很好地表明了它的神秘本質:暗能量。
現在,天文學家相信,大約70億年前,重力失去了對宇宙的控制,
控制權落入了神秘的暗能量之手。問題是無人知道這是出于什么原
因,也不知道它是如何發生的。除了知道它的存在之外,實際上對
暗能量的了解几乎為零:這是所有科學中最大的謎。
1915年,愛因斯坦發表了他的杰作:最新的重力理論即廣義相對論
。這是自牛頓時代以來第一次出現的重力理論。1917年,他將廣義
相對論公式應用到整個宇宙,想看看能否獲得對宇宙本質的新認識
。他的公式讓他十分驚訝:公式指出宇宙正在膨脹。那時,科學家
們相信宇宙是靜止不變的,這種看法得到了天文觀測的支持。宇宙
膨脹的理論似乎是荒謬的:自何方膨脹,向何處膨脹?面對著不符
合“常識”的公式,愛因斯坦覺得他惟一的選擇就是引進一個附加
因素,以使他的理論導出一個靜止不變的宇宙。
到20世紀20年代晚期,天文學家發現他們錯了:宇宙的確在膨脹,
因此愛因斯坦的附加因素是不必要的。
1978年,一位名叫艾倫﹒古思的美國年輕理論家旁聽了一次宇宙論
講座,開始看出宇宙和他自己的專長量子物理學之間的聯系。
1981年,他發表了一篇革命性的文章,詳細說明了“大一統理論”
的含義。古思認為,“大一統理論”說明一種極為強大的宇宙力可
能在大爆炸中出現,導致宇宙不可思議地快速膨脹。盡管古思的觀
點某些細節還有缺陷,但其他理論家抓住了“宇宙膨脹”這一基本
觀點,這主要是由于它從技朮角度解決了大爆炸的一些難題。
但結局很有戲劇性。古思發現的新力量效應完全應看作對愛因斯坦
重力理論的簡單補充,它與愛因斯坦的共同失誤之處在于所謂的“
宇宙常量”。天文學家現在必須解釋為什么曾經普遍的宇宙常量在
大爆炸發生几個月之后就完全結束了。在20世紀80年代,世界上最
偉大的理論家,包括劍橋大學的斯蒂芬﹒霍金,都試圖找出能夠解
釋宇宙常量為何消失的論據,但沒有一個人令人信服。美國獲得諾
貝爾獎的物理學家史蒂文﹒溫伯格因此聲稱,宇宙常量是物理學上
一個名副其實的危機。
10年后的1998年,這個危機產生了戲劇性的變化。天文學家証明在
宇宙恆定問題上,每個人都錯了。宇宙常量在大爆炸后根本沒有結
束,而是似乎繼續在宇宙中起作用。它從重力手中奪得了控制權,
以前所未有的速度推動宇宙膨脹。這些驚人的發現來自對可見宇宙
最邊緣的巨大星體垂死掙扎情況的觀察。這些被稱為超新星的星體
的亮度在短期內可超過整個銀河系,成為深邃宇宙中理想的探測器
。20世紀90年代中期,兩組科學家開始運用這些遙遠的燈塔研究宇
宙膨脹的速度。他們的想法很簡單:弄清宇宙的快速膨脹是會一直
持續下去,還是某一天會在自身重力的作用下漸漸停止,轉而發生
大收縮這樣的劇變。
無論是這兩種情況中的哪一種,這兩支國際天文學家隊伍都希望從
超新星變弱的光芒中找到線索。他們實際發現的現象使他們迷惑,
并導致了哈佛的羅伯特﹒基爾希納和他的同事亞當﹒里斯之間的電
話通話。作為“大紅移超新星搜索小組”的成員,基爾希納和里斯
一直在用望遠鏡觀察,尋找宇宙膨脹速度變化的跡象。1997年12月
,他們開始發現這些跡象。但超新星的變化顯示,宇宙膨脹非但沒
有在自身重力下變慢,反而在一種看不見的力量推動下變快。這種
力量很快被稱為“暗能量”。
美國航天局在軌道中運行的威爾金森微波異向探測衛星收集的材料
也証明超新星在發生同樣的變化。這種變化的含義的確令人不安。
愛因斯坦、霍金和其他聰明的理論家都錯了:宇宙中最有影響的力
量不是重力,而是以宇宙常量形式存在的“暗能量”。
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