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1700921801 但我们也讲过,到了20世纪30年代初,美国天文学家哈勃利用造父变星的标准烛光发现整个宇宙其实在膨胀。这个发现对爱因斯坦来说可谓是五雷轰顶。既然宇宙本身在膨胀,那他引入宇宙常数的举动就变得完全多余了。更要命的是,如果当年不引入那个宇宙常数,爱因斯坦本来有机会能预言出整个宇宙都在膨胀!你想想,在一个小小行星的一个小小角落,一个人完全凭借自己的思考就能够知道整个宇宙如何演化,这是一个多么伟大的成就啊!可惜由于选错了路,爱因斯坦失去了这个大好机会。爱因斯坦对此后悔了一辈子,以至于他后来都快成了“祥林嫂”,见了谁都要唠叨,说引入宇宙常数是他一生中最大的错误。
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1700921803 但现实往往比最离奇的想象还要离奇。在最近的二十年间,这个故事又发生了巨大的反转。
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1700921805 1998年,利用一种叫Ia型超新星的标准烛光,两个美国的研究小组又发现了一件让所有人都目瞪口呆的事:我们的宇宙不但在膨胀,而且还是在加速膨胀。也就是说,宇宙膨胀的速度正越来越快。这是一个非常伟大的发现,它的意义一点都不比哈勃发现宇宙膨胀小。由于这个发现,索尔·佩尔马特、布莱恩·施密特和亚当·里斯获得了2011年的诺贝尔物理学奖。
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1700921807 这听起来有点复杂,是吧?没关系,我来给你们解释一下。要想使热气球升空的速度越来越快,必须使热气球受到的向上的升力大于地球对它的引力。类似地,要想让宇宙能够加速膨胀,必须使宇宙中的斥力大于其中的引力。这就意味着,那个已经被爱因斯坦抛弃的宇宙常数竟然又复活了。只不过这回需要把它的值调得比较大,从而让它产生的斥力能超过宇宙中所有物质产生的引力。也就是说,爱因斯坦引入的那个宇宙常数,其实是21世纪的物理学碰巧出现在了20世纪!换言之,所谓的“爱因斯坦一生中最大的错误”,不但不是广义相对论的污点,反而是这顶科学皇冠上最璀璨的钻石!
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1700921809 现在学术界已经普遍接受,在宇宙中存在着一种非常神秘的物质,叫暗能量;它的作用,就是为宇宙当前的加速膨胀提供斥力。科学家已经提出了很多关于暗能量的理论,其中最有名的就是刚才给大家介绍过的爱因斯坦的宇宙常数模型。也就是说,宇宙常数与暗能量并不等价,它只是暗能量的候选者之一。
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1700921811 可能有小朋友要问了:“暗能量到底是什么东西呀?”实话告诉你们,现在这世界上还没有任何一个人能够准确无误地回答这个问题。要是有人能找到这个问题的答案,他不但能获得诺贝尔物理学奖,说不定还会成为下一个爱因斯坦。目前科学家能够确定的是,暗能量具有以下三个主要性质:(1)暗能量是“暗”的,它不会发光,也不会反射光,所以我们永远都无法看见它。(2)与常规的物质不同,暗能量产生的不是引力,而是斥力。(3)一般认为,暗能量来自真空,所以它无处不在,而且均匀地弥散在整个宇宙中。换句话说,暗能量其实离我们并不遥远,它就藏在我们每一个人的体内和身边。那为什么我们在日常生活中完全感受不到暗能量的存在呢?因为它的密度实在是太小了。据宇宙学家估算,一立方米的区域内所包含的暗能量的总质量大概只有一亿亿亿分之七克。这是什么概念呢?我们知道,地球的平均半径是6371公里。这意味着,就算把133个地球所包含的暗能量全部加起来,也仅能让它的总质量达到1克,也就是一枚1元硬币的五分之一。暗能量的密度这么小,自然就对我们的日常生活毫无影响了。然而,尽管暗能量的密度特别小,但宇宙的任何一个地方都会有它。所以暗能量就积少成多,成了宇宙中一支非常强大的势力。最新的天文观测表明,暗能量占宇宙总物质的比例达到将近70%。换言之,暗能量才是宇宙中的主导力量,而它的性质将决定宇宙最终的命运。
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1700921813 估计有些小朋友已经开始不耐烦了:“你不是要讲宇宙末日吗?怎么老是讲暗能量啊?”别着急,我们马上就要回到主线了。正常的暗能量模型(例如爱因斯坦的宇宙常数模型)根本不会和任何宇宙末日扯上关系。但是那个打开潘多拉魔盒的人已经准备好要登场了。
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1700921818 1999年,美国物理学家罗伯特·考德威尔提出了一个全新的暗能量模型。当时恰好有一部非常热门的好莱坞大片上映,那就是大导演卢卡斯的《星球大战1:幽灵的威胁》。为了向这部大片致敬,考德威尔用幽灵的英文单词“Phantom”来给自己的新模型命了名。它的中文名是幻影暗能量。
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1700921820 结果,考德威尔的理论一提出,立刻遭到了学术界的围剿。所有的审稿人都使出浑身解数拼命刁难考德威尔,不让他的论文发表。正常情况下,一篇论文从投稿到接收,一般需要三到六个月。但是考德威尔的这篇论文,却花了整整三年的时间才得以正式发表。为什么这篇论文这么招人恨呢?因为它指出了一种匪夷所思的现象:暗能量的密度有可能会随着时间的推移而不断变大!
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1700921822 我来给大家解释一下这到底意味着什么。众所周知,我们所熟悉的世界,它的稳定是靠引力维系的。举例来说,我们之所以不会飘向太空,是因为地球的引力拉住了我们;地球之所以不会飘向太空,是因为太阳的引力拉住了地球;太阳之所以不会飘向太空,是因为银河系中心黑洞的引力拉住了太阳。如果没有万有引力,一切都会土崩瓦解。引力有一个特点,就是它非常稳定,不会因为时间而改变。换句话说,无论经过多长时间,维系地球、太阳系和银河系的引力都不会变大或变小。
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1700921824 我们前面说过,宇宙中每一个角落都存在暗能量,而且它会产生斥力。由于暗能量的密度特别小,导致它产生的斥力也特别小,所以我们在日常生活中根本就感受不到它的存在。但如果考德威尔的理论是对的,那麻烦可就大了。幻影暗能量的密度会随着时间的推移而不断地变大,从而导致由它产生的斥力也不断变大;与之相对,维系世界稳定的引力却永远保持不变。所以总有一天,斥力将会超过引力,从而破坏原本由引力维系的这个世界的稳定。换句话说,到时候宇宙中所有的结构,无论是银河系、太阳系、地球还是我们本身,都会从内部被幻影暗能量撕碎。这个恐怖的末日景象就是“宇宙大撕裂”。
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1700921826 “宇宙大撕裂”会发生吗?2012年,本书作者与其他三位同事合作,用当时最新的天文观测数据研究了宇宙最终的命运,后来发表的文章得到了几十家中外媒体的报道。我们的研究表明,目前的天文观测确实无法排除发生“宇宙大撕裂”的可能。在最坏的情况下,宇宙甚至有可能在167亿年后就遭遇毁灭。
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1700921828 我们不妨来开开脑洞,看看要是真有一个宇宙末日,世界到底会变成什么样子。假设宇宙大撕裂发生在公元167亿年12月31日的24点整。公元167亿年与现在最大的不同就是天上的星星全都消失了,而且已经消失了上千万年。但除此以外,在最后一年绝大多数的时间里,我们并不会感受到任何的异常。不过,在10月31日那天,我们会发现自己看不到冥王星了。随后,海王星、天王星、土星、木星和火星也像约好了似的,一个接一个地神秘失踪。到了12月26日,就连月球也离家出走了;我们亲眼看着它脱离了地球引力的束缚,然后像脱缰的野马一样消失在了太空的深处。真正恐怖的事发生在12月31日的午夜。12月31日23点32分,幻影暗能量产生的斥力超过了太阳自身的引力,从而把太阳给弄散架了。12分钟后,也就是23点44分,地球仿佛被一个巨大的炸弹从内部炸开,也土崩瓦解了;大大小小的地球碎片散落在了太空中,到处都是人们的哭喊声,不过他们的痛苦很快就要结束了。在末日到来前的十亿亿分之三秒,就连原子都会被幻影暗能量的斥力撕碎。然后就是“大撕裂”的时刻。在这一刻,幻影暗能量将君临天下,彻底摧毁宇宙中的一切。整个宇宙,甚至包括时间本身,都会在这一刻走向终结。
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1700921830 恐怕弗罗斯特做梦也不会想到,除了火与冰之外,宇宙中还隐藏着更恐怖的东西。
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1700921832 当然小朋友们也不用担心,上面描述的景象仅仅是一种理论上的可能。宇宙的最终命运将取决于暗能量的性质。而对暗能量的探索,无疑将成为21世纪最重要的科学任务之一。
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1700921834 延伸阅读
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1700921836 1 第一个把“臣妾做不到啊”用于正式学术报告中的人其实并不是乔治·斯穆特,而是香港科技大学物理系的助理教授王一。王一教授与本书的两位作者颇有渊源,他曾是李淼教授的博士生,同时也是王爽的师兄。
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1700921838 2 乔治·斯穆特来中国并不仅仅是为了来当教授,他也是来做生意的。他的公司在香港、台北、高雄和东莞都设有服务网点。
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1700921840 3 相对而言,约翰·马瑟更偏向于学术。他目前是NASA最重要的太空项目(詹姆斯·韦伯太空望远镜)的核心成员。
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1700921842 4 如果收不到任何节目,电视机的屏幕上会出现雪花式的噪声,其中大概有1%来自宇宙微波背景辐射。
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1700921844 5 根据量子力学,真空并不是完全空的。在真空中,一对虚粒子可以像幽灵似的凭空蹦出,其中一个的能量是正的,另一个的能量是负的,两者加起来恰好为零。它们会在某个时刻同时出现,先互相离开,再彼此靠近,最后撞到一起,消失不见。这个过程发生的时间特别短,所以正常人根本就不可能察觉。这个极度诡异的现象就是量子涨落。
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1700921846 6 除了撞击说,还有一些其他的关于月球起源的理论。有人认为,月球和地球一样形成于45亿年前的一团气体的塌缩,称为同源说。还有人认为,月球是路过地球时被地球的引力所俘获的,称为俘获说。不过美国宇航员从月球上带回的岩石样本并不支持这两种理论。
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1700921848 7 也有一些科学家认为,只靠一次撞击未必能顺利地产生月球。实际的撞击可能发生了好几次。
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