暗能量主宰宇宙命运：可以把宇宙撕碎 - 图文

暗能量主宰宇宙命运：可以把宇宙撕碎

2014年01月29日 07:23

来源：《自然与科技》杂志 作者：小月

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因研究宇宙膨胀和暗能量而获2011年度诺贝尔物理学奖的几位科学家：布莱恩·施密特（左），亚当·里斯（中）和萨尔·玻尔马特（右）

神秘的暗能量出现在宇宙诞生破晓时分，它可以让宇宙稳定，也可以把宇宙撕碎。

天文学家布莱恩·施密特静静地回忆起那个使他获得2011年诺贝尔物理学奖的惊人发现。那是1977年的某个瞬间，没有欣喜，只有忧虑。

施密特是堪培拉的澳大利亚国立大学斯特罗姆勒山天文台的天体物理学家，在超新星领域有特殊贡献。超新星是演化到末期的恒星发生剧烈

爆炸的产物，最亮的时候相当于50亿个太阳。这些明亮的天体是浩瀚星海中的灯塔，天文学家通过观测超新星能够测量宇宙的尺寸、形态和质量。

施密特的同行们分布在世界各地——欧洲、南美洲、美国等地区，他们的团队在一天里每个时间段都有值班的科研人员，以确保第一时间分析望远镜的数据。施密特在东半球需要工作一整天，随后发邮件给西半球加利福尼亚大学伯克利分校的同事亚当·里斯，由他进一步研究这些数据。

在一个繁忙的早晨，施密特收到了里斯传来的一张图表，涵盖超新星距离的最新估测——但这些数据和他的预期迥然不同。“我只需凭借双眼就能知道发生了什么。”施密特说：“当时我脑海中跳出一句话：噢，亚当！你做了什么？”

我们应该理解施密特的疑虑。他以为可以看见一条从左下方朝右上方倾斜的曲线。而实际上这条曲线是向右下方倾斜的，犹如一条受惊的狗尾巴。施密特因此愁眉不展，隐约感觉天文学家应该重新思考宇宙的运行方式。

当时，施密特认为他对宇宙的演化理论已经成竹在胸：宇宙始于一个极端微小而充满能量的奇点——也是大爆炸的点——从此不断向外扩张，膨胀的空间带着星系和超新星一起延伸和拓展。这些天体在引力的作用下相互拉扯，就像太阳束缚住地球一样。据施密特所知，这样的物理定律让疾驰的宇宙逐渐平静下来；宇宙仍然在膨胀，但引力使膨胀速度变小了。

然而，里斯所得出的结论却演绎出另一个故事。超新星同地球的距离比任何人预期的都更远，这表明宇宙比天文学家先前认为的更大，引力的拉扯力似乎被一种更强大的力量征服了。

最佳解释听上去好像很荒谬：宇宙在加速膨胀。斯密特对此结论的评价是“愚蠢”。谁都没有观测到能够让宇宙加速膨胀的力，因此，他认为这个发现一定是哪里出错了。

几个月后，这个令人不安的观念仍然存在。更重要的是，另一个由加州劳伦斯伯克利国家实验室的萨尔·波尔马特带领的独立团队也得出了相同的结论。施密特、里斯和波尔马特对超新星突破性的测量揭示了宇宙加速膨胀的事实，2011年，他们共同获得了诺贝尔物理学奖。

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，物理学家仍然死死握住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

爱因斯坦在1915年提出的另一个关于引力的理论——相对论，挑战了牛顿的宇宙模型。在爱因斯坦的理论框架中，三维的时空交织在一起创造了一个四维的大尺度网状结构，这成了引力的发源地。时空在大质量天体（如恒星）周围会发生扭曲；而更小的天体，比如行星，则嵌入时空，仿佛被一种力量推向更大的宇宙结构。

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。

直到1930年，美国天文学家维斯托·梅尔文·斯里弗和埃德温·哈勃测量了遥远星系的运动，说服了所有人——包括爱因斯坦——不论如何，宇宙在膨胀。斯里弗和哈勃为人类开启了一扇崭新的宇宙之窗，迄今为止，天文学家仍旧通过这扇天窗观测宇宙的过去和现在。

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