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随着时间的推移,宇宙膨胀的速度渐渐变小,是因为宇宙中物质的引力阻碍了膨胀。
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我们前面已经讨论过,正如地球的引力会使抛向天空的球变慢一样,宇宙中物质的万有引力也会使宇宙膨胀减速。在过去数十年间,天文学家将他们的望远镜对准了宇宙的边缘,以图探测到宇宙膨胀减速效应。通过测量宇宙膨胀的减慢程度,他们希望能够确定宇宙的命运。也就是我们前面提到的开放宇宙和闭合宇宙,到底哪一种才是宇宙的终结。宇宙膨胀减速是否能够制止膨胀,并最终导致宇宙收缩?
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宇宙斥力
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那么,要引起宇宙的加速膨胀,就需要与引力相反,与其抗衡的作用力,才能达至暴胀的境界。最先提出这个力的是爱因斯坦,他在宇宙膨胀被发现之前,制作了宇宙模型。他当时认为,宇宙既不膨胀也不收缩,是永恒不变的。
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可是引力会破坏宇宙的这种永恒,于是他在1917年提出,“空间自身具有一种斥力效应,能够抵消物质万有引力的那种吸引效应”。他把宇宙空间具有的这种斥力叫作“宇宙斥力”,或者叫作“宇宙常数(宇宙项)”。到后来宇宙膨胀被证实,爱因斯坦曾感叹导入这个多余的排斥力是他人生最大的失败。
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到现在,我们还不知道是否存在爱因斯坦所想象的排斥力。但是,如果宇宙早期有这样的一个宇宙斥力存在的话,就可以使得宇宙的暴胀理论成立。
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图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 宇宙常数
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目前,有科学家认为,提供这种排斥力的是巨大的暗能量。
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图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 10 恒星、星系的生成 量子波动引起密度波动
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我们知道,在宇宙的发展过程中,逐渐形成了恒星、星系、星系团,乃至超星系团,前面我们也讨论过它们是怎样形成的,现在我们再把这个话题作一次延伸。
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量子波动
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现在人们认知的宇宙有无数的星系,星系集结成群形成星系团,星系团聚集形成超星系团。我们前面说过,这种构造是在宇宙最初期形成的密度波动成长起来的结果。但是,又有一个问题相应而生,密度波动是什么时候、是怎样形成的呢?这个疑问长时间来一直没有得到解决,而这是暴胀理论可以解开的又一个谜团。
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暴胀是空间爆发式地扩大,即使在空间中存在凸凹不平的区域,在大范围内,乍一看去也是平滑的。可是从微观世界来看,根据微观世界的法则——量子力学可知,在暴胀时会不断地生成极小的凸凹。量子力学中所有的量都没有确定的值,都在不停地波动,我们将它称为量子波动。正是这种微小的波动导致密度波动,恒星和星系等从而得以产生。
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星系形成
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早期宇宙的暴胀真是一件非常好的事情。它产生了一个非常巨大的“均匀”的宇宙,却又不是完全均匀。理论预言,早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的变化。
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我们假定产生宇宙斥力的是暗能量,它的能量引起了宇宙暴胀。暗能量也会因量子波动而在不同地方能量稍有差别,能量高的地方比能量低的地方膨胀剧烈,并随着空间的不断扩大能量密度变小。暴胀结束时,生成了能量密度波动。能量密度波动经过长时间的成长,形成现在的星系团、超星系团等宇宙构造。
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