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[科幻] 无形之手控制宇宙 暗能量颠覆爱因斯坦理论
那是哈佛大学天文学家罗伯特﹒基尔希纳不会轻易忘掉的一次通话
。一位同事打电话给他,讨论可见宇宙最边缘爆炸星体的最新观察
情况。基尔希纳的同事说了一些他不想听的事情:宇宙处于一种无
人能解释的力量的控制之下。
这样一种惊人的发现通常都会使科学家感到兴奋。但这一次不同。
这种力量曾使爱因斯坦上当。基尔希纳和他的同事担心的是,他们
也有可能同样受骗。
那是1997年12月的事。从那时起就越来越清楚,对爆炸星体观察到
的情况并没有骗人。其他天文学家也观察到了同样的情况,来自太
空的数据也证实了他们的观察。现在几乎没有怀疑的余地了。宇宙
不仅在膨胀,而且在一种确实不知从何而来的力量作用下,膨胀的
速度越来越快。
它的名字很好地表明了它的神秘本质:暗能量。
现在,天文学家相信,大约70亿年前,重力失去了对宇宙的控制,
控制权落入了神秘的暗能量之手。问题是无人知道这是出于什么原
因,也不知道它是如何发生的。除了知道它的存在之外,实际上对
暗能量的了解几乎为零:这是所有科学中最大的谜。
1915年,爱因斯坦发表了他的杰作:最新的重力理论即广义相对论
。这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。1917年,他将广义
相对论公式应用到整个宇宙,想看看能否获得对宇宙本质的新认识
。他的公式让他十分惊讶:公式指出宇宙正在膨胀。那时,科学家
们相信宇宙是静止不变的,这种看法得到了天文观测的支持。宇宙
膨胀的理论似乎是荒谬的:自何方膨胀,向何处膨胀?面对着不符
合“常识”的公式,爱因斯坦觉得他惟一的选择就是引进一个附加
因素,以使他的理论导出一个静止不变的宇宙。
到20世纪20年代晚期,天文学家发现他们错了:宇宙的确在膨胀,
因此爱因斯坦的附加因素是不必要的。
1978年,一位名叫艾伦﹒古思的美国年轻理论家旁听了一次宇宙论
讲座,开始看出宇宙和他自己的专长量子物理学之间的联系。
1981年,他发表了一篇革命性的文章,详细说明了“大一统理论”
的含义。古思认为,“大一统理论”说明一种极为强大的宇宙力可
能在大爆炸中出现,导致宇宙不可思议地快速膨胀。尽管古思的观
点某些细节还有缺陷,但其他理论家抓住了“宇宙膨胀”这一基本
观点,这主要是由于它从技术角度解决了大爆炸的一些难题。
但结局很有戏剧性。古思发现的新力量效应完全应看作对爱因斯坦
重力理论的简单补充,它与爱因斯坦的共同失误之处在于所谓的“
宇宙常量”。天文学家现在必须解释为什么曾经普遍的宇宙常量在
大爆炸发生几个月之后就完全结束了。在20世纪80年代,世界上最
伟大的理论家,包括剑桥大学的斯蒂芬﹒霍金,都试图找出能够解
释宇宙常量为何消失的论据,但没有一个人令人信服。美国获得诺
贝尔奖的物理学家史蒂文﹒温伯格因此声称,宇宙常量是物理学上
一个名副其实的危机。
10年后的1998年,这个危机产生了戏剧性的变化。天文学家证明在
宇宙恒定问题上,每个人都错了。宇宙常量在大爆炸后根本没有结
束,而是似乎继续在宇宙中起作用。它从重力手中夺得了控制权,
以前所未有的速度推动宇宙膨胀。这些惊人的发现来自对可见宇宙
最边缘的巨大星体垂死挣扎情况的观察。这些被称为超新星的星体
的亮度在短期内可超过整个银河系,成为深邃宇宙中理想的探测器
。20世纪90年代中期,两组科学家开始运用这些遥远的灯塔研究宇
宙膨胀的速度。他们的想法很简单:弄清宇宙的快速膨胀是会一直
持续下去,还是某一天会在自身重力的作用下渐渐停止,转而发生
大收缩这样的剧变。
无论是这两种情况中的哪一种,这两支国际天文学家队伍都希望从
超新星变弱的光芒中找到线索。他们实际发现的现象使他们迷惑,
并导致了哈佛的罗伯特﹒基尔希纳和他的同事亚当﹒里斯之间的电
话通话。作为“大红移超新星搜索小组”的成员,基尔希纳和里斯
一直在用望远镜观察,寻找宇宙膨胀速度变化的迹象。1997年12月
,他们开始发现这些迹象。但超新星的变化显示,宇宙膨胀非但没
有在自身重力下变慢,反而在一种看不见的力量推动下变快。这种
力量很快被称为“暗能量”。
美国航天局在轨道中运行的威尔金森微波异向探测卫星收集的材料
也证明超新星在发生同样的变化。这种变化的含义的确令人不安。
爱因斯坦、霍金和其他聪明的理论家都错了:宇宙中最有影响的力
量不是重力,而是以宇宙常量形式存在的“暗能量”。
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