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1700912239 你看着那颗体积巨大的恒星越来越多的物质掉落到白矮星的表面,明显感觉到某些不同寻常的事就要发生。你是对的。白矮星的确收获了许多质量,到达了太阳质量的140%,一个质量门槛。越过这个门槛之后,白矮星自己内核的压力突然大到以一种新的剧烈到超乎想象的链式反应,给自己带来了非凡的死亡。一眨眼间,它炸了开来。这种爆炸所发出的亮度超过太阳五十亿倍。真是让人印象深刻的告别演出。
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1700912241 这种爆炸形成了所谓的Ia型超新星。在所有星系中,它所发生的频率都是大概一百年一次。对于我们来说,它们是一种非常方便的工具,因为它们都很相似,甚至一模一样:它们的发生总是在一颗白矮星吞噬另一颗恒星后质量超过了太阳质量的140%,因此它们永远放射出同样亮度的光——五十亿个太阳所发出的光被合并在一个不比我们地球大多少的小点上。它可比造父变星亮多了。这个特点让它们成为照亮我们宇宙最远处的理想的蜡烛,我们可以借此验证哈勃的膨胀定律。
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1700912243 Ia型超新星比其他一切天体都亮许多,因此与造父变星不同,人造的望远镜能将它们从遥远的星系中分离出来。知道了它们真正的亮度,就像利用造父变星的原理一样,科学家们就能推测出它们离我们的距离,以及它们离我们远去的速度。
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1700912245 一九九八年,两组独立的科学家研究了这种遥远的超新星并且发表了他们的研究结果。其中一组由美国天体物理学家萨尔·波尔马特(Saul Perlmutter)带领,另一组由美国天体物理学家布莱恩·施密特(Brian Schmidt)与亚当·里斯(Adam Riess)带领。两组科学家们都发现大约五十亿年前,在经过了大约八十亿年的正常行为之后,宇宙的膨胀开始加速。
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1700912247 科学界被震惊了。
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1700912249 你也应该如此。
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1700912251 不仅仅因为它们出乎意料,而且相反的结论看上去才更合理。
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1700912255 在大尺度上,统治所有一切的是爱因斯坦的广义相对论,爱因斯坦的引力理论与牛顿的理论一样,只允许物体间相互吸引。因此,充满整个宇宙的不管什么物质,无论是普通物质、反物质,还是暗物质,在长期看来,终会让膨胀变慢。而不是加速。
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1700912257 然而波尔马特、施密特和里斯的观测给出了另一种结果,唯一能够让这种矛盾自圆其说的办法只能是引入一种全新的东西来解释这种加速。而且这种东西必须布满整个宇宙。而且它还必须具备一种独特的性质:它必须能够产生类似反引力的作用力,让物质与能量之间互相排斥而非吸引。
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1700912259 因为某种我们尚不知道的原因,这种新的力量在大约五十亿年以前超过了其他所有大尺度力量,而在此之前,它的效应是零。
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1700912261 这种令人迷惑不解的能量被称为“暗能量”,而且有趣的是,为了对应它所被观察到的效应,暗能量应该大量存在。
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1700912263 根据现代推测,事实上,那是一个巨大的能量。
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1700912265 是暗物质的量的三倍之多。
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1700912267 是构成我们的普通物质的量的十五倍。
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1700912269 因为发现了宇宙膨胀在加速而非放慢,波尔马特、施密特和里斯获得了二〇一一年的诺贝尔物理学奖。我们宇宙的整个能量分布不得不被彻底重新估算。今天,依据NASA卫星的估算,我们宇宙的能量构成如下:
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1700912271 暗能量:72%。
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1700912273 暗物质:23%。
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1700912275 我们已知物质(包括光):4.6%。
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1700912277 你在自己整个旅程中所看到的一切只占我们整个宇宙所含物质总量的4.6%。其余的都是未知。
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1700912281 与暗物质不同,很久以前,就有人推测了某种类型的暗能量的存在。大约在一百年前,作出这个推测的就是爱因斯坦本人。他甚至称此为他自己“最大的失误”,虽然在今天看来,他的失误在于把这个预测看成失误。
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1700912283 或许你还记得,还是在第二部分里,爱因斯坦不喜欢我们所处的宇宙正在变化、演化这种说法。他更愿意认为时间与空间现在是,以前也曾经是,将来也将一定是他自己所体验到的那样。不幸的是,就是他自己的广义相对论——最初所用的最简单的形式——展现出完全另外一种图像。广义相对论显示时空可以——也的确——发生改变。为了给宇宙不变留出可能,他发现自己能够通过增加一个附加项来修改自己的方程式,那是他的方程式中唯一允许的附加项。在那个时候,这是一个大胆的修改:爱因斯坦的方程式在当时意味着(现在也依然意味着)我们宇宙的局部能量绝对对应于它的局部几何,因此一旦两者中的一项能够改变,另一个也将随之改变。将某种新形式的能量加入到宇宙各处也就意味着改变了宇宙各处的形状和动态。所谓能量,爱因斯坦指的是所有具有引力效应的东西,现在包括物质、光、反物质、暗物质和一切具有正常、恰当的引力吸引行为的其他所有东西。
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1700912285 但爱因斯坦所加入的附加项能够具有两种效应(吸引或排斥),具体表现出哪种效应则取决于它的值。在实体上,它与充满了整个宇宙的能量相对应。他称此为宇宙学常数。
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1700912287 有了它,宇宙能够静态存在,并行为合理,遵循了爱因斯坦的哲学观。
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