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暗能量真的存在吗 宇宙加速膨胀不过是假象?

http://www.dayoo.com http://www.dayoo.com 2009-05-11 12:45 来源: 球报 发表评论 (0)

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黑暗降临

遥远的超新星总是暗于科学家的预期,如果坚持宇宙学原理,这就意味着宇宙中存在暗能量。

既然如此,为什么我们不能安于现状?如果宇宙学原理真的如此成功,为什么还要去质疑它?问题就在于,最近的天文观测有了一些非常奇怪的结果。过去十年来,天文学家发现,对于红移程度确定的遥远超新星来说,观测到的亮度总是暗于预期。超新星的红移标明了自它爆炸以来空间膨胀的幅度。测出遥远超新星发光的红移程度,宇宙学家就能推断,这颗超新星爆炸时宇宙的尺寸比今天小多少。超新星红移程度越高,它爆炸时宇宙的尺寸就越小,因此从那时起到现在,宇宙膨胀的幅度也就越大。

超新星的观测亮度给我们提供了一种方法,能够测量它到我们的距离,从而揭示这颗超新星爆炸距今有多久。如果一颗超新星的红移程度已经确定,而它的亮度看起来又低于预期,这颗超新星的距离就一定比天文学家认为的更远。它发的光需要更长的时间才能传到我们这里,这意味着宇宙从当时的大小膨胀到现在的大小,一定花了更久的时间(参见右页)。因此,宇宙过去的膨胀速度一定比科学家以前预期的更缓慢。事实上,遥远的超新星看上去非常暗,以至于宇宙必须加速膨胀才能赶上它目前的膨胀速度。

这种加速膨胀触发了一场宇宙学革命:宇宙中的物质本该吸引时空结构,使膨胀速度逐渐放缓,但超新星数据暗示,情况恰恰相反。如果宇宙学家接受宇宙学原理,并且假设加速膨胀出现在宇宙各处,我们就能得出这样一个结论:宇宙中必定充斥着一种能够产生排斥力的奇异能量——暗能量。

在物理学家用来描述基本粒子和作用力的标准模型中,没有任何东西与暗能量相符。这是一种尚未被直接观测到的物质,它的性质不同于我们以往看到的任何东西,能量密度也比我们能够作出的最简单设想低了120个数量级(根据量子场论推算出的真空能,能量密度是暗能量的10120 倍)。对于暗能量可能是什么,物理学家有了一些想法,但至今仍然纯属推测。简而言之,对于暗能量,我们几乎可以说是一无所知。不论暗能量可能是什么,研究人员正在着手进行一系列雄心勃勃、耗资巨大的地面和空间探测任务,用来寻找暗能量并测定它的性质。对许多人来说,这是现代宇宙学面临的最艰巨挑战。

哥白尼的遗产

哥白尼原理认为,地球并不处在宇宙中某个特殊的位置上。宇宙拥有一个统一的密度(均匀性),往任何方向看过去都一样(各向同性)。

这个原理尽管很有影响力,但只适用于远远大于星系的尺度。毕竟,如果完全均匀,宇宙就会变成一锅稀薄的原子“稀粥”,不可能会有灿烂的星系了。另外,这个原理只适用于空间,而不适用于时间。我们确实生活在一段特殊时期——距离大爆炸足够久,使复杂的生命得以形成;又距离大爆炸足够近,因而宇宙中的恒星仍在闪耀,还没有全部熄灭。

哥白尼通常被视作一个象征,标志着人类从所有重要的位置上被拉下马来。不过,加拿大不列颠哥伦比亚大学的历史学家丹尼斯·丹尼尔森(Dennis Danielson)认为,尽管哥白尼之前的欧洲人将地球置于宇宙中心,但他们并不认为这个中心是一个重要的位置,恰恰相反——用伽利略的话来说,这里只是“宇宙中污秽和蜉蝣聚集的污水池”。

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(编辑: editor)

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