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科学界被震惊了。
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你也应该如此。
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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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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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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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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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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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根据现代推测,事实上,那是一个巨大的能量。
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是暗物质的量的三倍之多。
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是构成我们的普通物质的量的十五倍。
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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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暗能量:72%。
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暗物质:23%。
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我们已知物质(包括光):4.6%。
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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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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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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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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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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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放下心来的爱因斯坦终于能够在晚上睡好觉了。
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然而,大约十年之后,哈勃的研究将宇宙的膨胀变成了已被实验证明了的事实。没有所谓静态宇宙。因此爱因斯坦放弃了他的宇宙学常数并称它的被引入为自己最大的失误。
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大约又是一百年之后,现在看起来充满讽刺的是,他从纸上擦去的,可能正是理论学家们孜孜以求的、解释人类所发现的最大谜团所必需的工具:驱使宇宙膨胀加速的暗能量。宇宙学常数能带给我们一个处于静态的完全对立面之上的宇宙,这个宇宙正经历着加速了的膨胀,如同观测所证实的那样。它能够解决暗能量问题。剩下的唯一问题就是找到这种能量的来源。我们将在第七部分再来讨论此事。
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现在,我希望每个人都能犯爱因斯坦那种失误。
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