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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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不管最后暗能量是什么东西,它的出现已经改变了我们对宇宙学的看法。在波尔马特、施密特和里斯的发现之前,我们的宇宙被认为有两种可能的未来,具体是哪种取决于它的总体质量。如果含有的物质太多,它的膨胀注定要在某天逆转,引力将占据主导,就像在每两个现在正分开的物体之间挂有非常有力的弹簧。在这种情况下,整个宇宙将会收缩,所有一切都会以所谓“大挤压”结束。它就像大爆炸,只是倒过来,就像你所经历的旅程,是快进,而非回溯。
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另一种可能性是没有足够的物质或能量防止一切彼此分离。波尔马特、施密特和里斯所引入的暗能量显示出这或许是更有可能发生的未来。除非某天又有什么出乎意料的事击中了我们的望远镜,不然很有可能这个反引力作用场将确保宇宙的膨胀永无止境,带来非常寒冷的宇宙未来。两种方式(大挤压和冻死)都凄惨无比,我同意。但你将在接下来及最后部分中看到,寒冷而死或许也远远不是结束。
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现在,再说一次,还有一种可能就是爱因斯坦的理论在这么大的尺度上不适用。如果是这样,那么我们就不能用他的方程式来推断暗能量的存在。就像在一颗大恒星边上使用牛顿的引力定律会带来错误的轨道一样,爱因斯坦的方程式也很可能在某个状态下飘离现实。到今天为止,更有可能暗能量是真实的,甚至其中还牵涉到量子效应的可能性。对于那些想把非常微小与非常巨大联系在一起的人来说,这是一个非常令人兴奋的前景。
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不管怎样,无论它们的本质到底是什么,暗物质与暗能量都至关重要。牛顿的引力理论让我们在太阳周围找到了新的行星。爱因斯坦的引力理论带我们找到了更大的谜团。这些谜团大到包含了我们打开大门进入极大尺度上的现实世界所需要的线索或钥匙。
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带着这些发现带给我们的谦逊感,现在是时候去看看为什么广义相对论不可能是适用于一切的理论,为什么它预言了它自己的失败。
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极简宇宙史 第6章 奇点
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