正文

第10章 加速的宇宙(14)

愛因斯坦的望遠(yuǎn)鏡 作者:(美)艾弗琳·蓋茨


對這個(gè)疑難問題的常規(guī)看法是這樣的。由于某種迄今為止還不清楚的物理原因,真空能量將變成零——為了理論上處理問題方便,我們經(jīng)常把某個(gè)物理量直接取為零,而不是在零附近精細(xì)調(diào)節(jié)它的數(shù)值。同時(shí),我們寄希望于未來的一個(gè)統(tǒng)一所有力的大統(tǒng)一理論,能指出這樣做的物理依據(jù)。在這個(gè)更龐大的理論中,有可能出現(xiàn)其他的對稱性,使粒子們對真空能量的貢獻(xiàn)相互抵消并最終趨于零。不管怎樣,宇宙常數(shù)將為我們理解宇宙及其運(yùn)行法則提供更多的信息,并為更高層次的物理理論提供線索。

在觀測方面,宇宙常數(shù)的標(biāo)志性特征是w =-1(即壓力等于密度的負(fù)值p=- ),且不隨時(shí)間變化。具有這一特征的宇宙組分,其能量密度和壓力都不隨宇宙的膨脹或收縮而改變,且將在宇宙演化的過程中保持恒定。所謂宇宙常數(shù),顧名思義就是一個(gè)常數(shù)。

但這又為我們提出了另一個(gè)問題——為什么直到現(xiàn)在暗能量才成為宇宙的主角(在宇宙學(xué)看來,50億年前就可以被稱為“現(xiàn)在”)?事實(shí)上,雖然宇宙常數(shù)所具有的能量密度自始至終都是一個(gè)常數(shù),但宇宙的其他組分——如物質(zhì)和輻射——卻發(fā)生了變化。在宇宙早期,物質(zhì)和輻射具有比現(xiàn)在高得多的能量密度。因此,在那個(gè)時(shí)候輻射(后來是物質(zhì))以高出幾個(gè)數(shù)量級的壓倒性優(yōu)勢,超過宇宙常數(shù)成為世界的主宰。但時(shí)至今日,物質(zhì)和暗能量的能量密度已經(jīng)近似相等。這兩者相等有可能僅僅是一個(gè)巧合,也有可能是一個(gè)物理規(guī)律的必然結(jié)果。在這一點(diǎn)上物理學(xué)家也投入了相當(dāng)?shù)木?但一切尚無定論。

可能性二:精質(zhì)

精質(zhì)[精質(zhì)一詞起源于古希臘哲學(xué)流派,原意是指除土、火、水、氣之外的第五元素或第五本質(zhì),在現(xiàn)代物理中借指動力學(xué)暗能量,以區(qū)分重子、光子、中微子和暗物質(zhì)等其他四種構(gòu)成宇宙的要素?!g者注]——第五元素——是一種動態(tài)的暗能量。11這種暗能量的密度不再是一個(gè)常數(shù),在宇宙的早期可能比現(xiàn)在更大或更小,在未來更有可能發(fā)生一些未知的變化。顯然,這一理論使宇宙的最終命運(yùn)具有了一定的不確定性。事實(shí)上,如果暗能量是一個(gè)宇宙常數(shù)(w =-1),那么一切都將是確定的,宇宙一定會永遠(yuǎn)地膨脹下去。于是在萬億年之后,當(dāng)?shù)厍蚝吞柖疾粡?fù)存在的時(shí)候,我們后代(如果還存在)眼中的宇宙將變成單調(diào)乏味的世界。在那個(gè)時(shí)候,隨著時(shí)空的加速膨脹,銀河系身邊的鄰居將和遠(yuǎn)方星系一起越走越遠(yuǎn),最終消失在我們的視野中。


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