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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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还记得量子无限性吗?
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记得那些为数无穷大的粒子在量子场的真空中,在所有时间与所有地方到处出现,带给时空的灾难性后果吗?
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为了应付它,科学家们不得不将引力关掉,试图把那些无穷大当作不存在。结果得到了一个完美的理论。
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现在,忘掉量子之类。
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引力自身又是怎么样的呢?我们所知道的物质,在日常生活中每天遇到的经典物质能否在宇宙构造上产生同样效果?它能让时空自己崩塌吗?
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答案是绝对能。这次,我们甚至能在天空中直接看到这个结果。
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在这里我们可以用这种画面来帮助我们:我们可以想象把许多很重的玻璃珠扔到一片薄薄的橡皮膜上。
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因为它们所造成的橡皮膜弯曲,邻近的玻璃珠们应该滚得彼此接近,造成能让橡皮膜变得更弯曲的一堆。随着每一颗新滚下来的玻璃珠加入已经聚成的一堆,橡皮膜的变形就会越来越厉害。
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到了某个阶段,或者所有的玻璃珠都掉落在一起,或者剩下的那些玻璃珠离这里过于遥远而不再向这里滚落,这个过程结束。
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这里没有什么奇怪之处。
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但如果这张橡皮膜就像口香糖那么软,如果它的强度不足以将那堆玻璃珠与自己的张力保持平衡,它就会继续弯曲下去——哪怕没有新的玻璃珠加入——直到断裂。
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