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宇宙的生死轮回

来源:本站原创 2009-09-02 15:24:08

  爱因斯坦又闪了一下腰

  1998年科学家观察发现,有两颗超新星在爆炸时发出的光比预想的要黯淡许多。科学家一开始以为是射出的光线被星际尘埃遮挡住了,但是进一步的观察否定了这个解释。超新星爆炸有可能产生较弱的光芒吗?超新星的性质使这个猜测也说不通。

  科学家发现,目前对此现象唯一合理的解释是,宇宙膨胀的速度正在加快!正是这种加速膨胀,使得距离我们遥远的超新星在爆炸时,发出的光芒看起来不是那么璀璨。

  什么力量能让宇宙膨胀的速度加快呢?

  原先人们以为,星系之间存在引力的作用,所以宇宙的膨胀应该减缓速度。然而新的事实让人们意识到,有一种神秘的力量在暗中和引力做对。引力想把宇宙“拉”回来,而神秘的力量却要把宇宙“撑”出去。人们把这种神秘的力量命名为暗能量。后来的观察发现,宇宙中74%的质量都是暗能量,还有22%是暗物质,普通的物质只占4%。

  其实早在1917年,爱因斯坦就曾经提出,宇宙空间的一定体积内都存在一定的能量,并且在整个宇宙中能量的密度是均匀的,这就是他的宇宙学常数模型。它能产生与万有引力相抗衡的负压力,推动宇宙膨胀。爱因斯坦的宇宙学常数的概念其实与后人提出的暗能量概念不谋而合,可惜他的理论模型是建立在宇宙是静止的基础上的。后来宇宙膨胀的事实让他放弃了这一观点,并认为这是他一生中犯的最大错误。

  可是现在,超新星的观测结果却让宇宙学常数模型又死灰复燃了,倘若爱因斯坦活到今天,恐怕又要后悔一次了。

  寻求友军的协助

  暗能量让宇宙不断膨胀下去,可暗能量的真面目又是什么样的呢?

  宇宙学常数的理论认为,暗能量是宇宙真空中本身所具有的能量。真空中怎么会有能量呢?这种能量是怎么来的?对于这些问题,以广义相对论为基础的宇宙学可就管不着了,因为相对论只涉及能量和时空结构之间的关系问题。

  而在量子场理论里,恰好就有关于真空中能量问题的解释,这就是零点能。物质都是由基本的粒子组成的,在通常的状态下,这些粒子有的能量高,有的能量低。如果所有粒子都处在能量最低的状态,这时物质的能量就叫做零点能。真空中并非空无一物,它里面也有很多的粒子存在,它们所具有的零点能也叫做真空能。这正好解释了为什么在“空无一物”的宇宙里会有巨大的能量。宇宙学研究的是最大的宇宙,量子理论研究的是最小的粒子。物理王国里的这两支大军在宇宙学常数这个战场上胜利会师了。

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