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膨胀的宇宙将毁于“火”还是“冰”

时间:2023-08-24

但它可归于三个简单而又极其复杂的本原问题:我们从哪里来,到哪里去,我们是谁?哲人、诗人和物理学家都以自己的方式回答

TIPS:本文共有 1754 个字,阅读大概需要 4 分钟。

“有人说世界将毁灭于火,有人说将毁灭于冰……”

宇宙——这是对我们所处世界所作的多么宏大的描述。但它可归于三个简单而又极其复杂的本原问题:“我们从哪里来,到哪里去,我们是谁?”哲人、诗人和物理学家都以自己的方式回答。发现“宇宙的加速膨胀”,至少从某种角度接近了答案。

弗罗斯特的这句诗,早已成为宇宙学家的警言妙句。那么,宇宙的结局到底是“火”还是“冰”?

度量宇宙的巨尺

如果打个粗略的比方,宇宙就是桌球台上的一堆球。按照现代宇宙学知识,大爆炸后,“宇宙球堆”就像受撞击而散开。但无论是常识、还是传统模型,这堆球散开的速度会越来越慢——因为受到台面的阻力。同样,星系间则有引力。

这是“宇宙减速膨胀”理论描述的世界。但今年获奖的发现颠覆了它:球居然越滚越快了。

1998年,两个研究团队公布类似发现:宇宙在加速膨胀。两个团队的核心人物就是索尔·珀尔马特,以及布赖恩·施密特和亚当·里斯。珀尔马特得到今年1/2的诺贝尔物理学奖金,施密特和里斯分享另一半。

要认识宇宙膨胀,必须有一把巨尺。物理学家的方法异常巧妙:就像烛光,越远越暗,亮度与距离平方成反比。他们发现,有一类被称为Ⅰa的超新星在爆发时,都发出同等亮度的光,在瞬间爆发出相当于十亿个太阳的峰值光度。这种强光能历时数十亿年,穿越茫茫宇宙而被今人发现。

珀尔马特曾在一次采访中承认,当时他的团队只是为证实宇宙减速膨胀。但观察发现,Ⅰa超新星的实际距离比经典理论得出的结果更远。也就是说,宇宙膨胀在加速。珀尔马特说,当时他们用了9个月来审视数据,最终不得不接受这一事实。类似的结论施密特和里斯也得到了。这两个团队总共分析了近50颗超新星,这一发现入选当年《科学》杂志年度十大科技进展。

这个发现之所以能震惊世界,原因就在于如果只有万有引力的作用,宇宙膨胀本该是减速的,那么,世间究竟还存在什么未知的力量,让“球越滚越快”?

世界的大部分未知

“万有引力实际上是一个翻译错误。”上师大天体物理研究中心主任李新洲教授告诉记者。宇宙加速膨胀似乎表明万物间还有斥力。事实上,万有引力的英文“gravity”并没有单向的“吸引力”的意思。

为了解释加速膨胀,科学家设计出许多假说,影响最大的就是“暗能量模型”。暗能量是对未知物质形态的描述。我们熟悉的世界——地球、星辰和身边万物,都是由可见的物质构成的,另一种超然于常规物质的是“暗物质”。物质和暗物质是由基本粒子构成,相互间有引力;但让宇宙加速膨胀的斥力则源自“暗能量”。

理论物理学推算认为,如果用暗能量解释,那么宇宙的74%是由暗能量构成,22%是暗物质,而可通过常人直觉和经典理论描述、印证的物质只占4%——事实上,我们对绝大部分世界懵懂无知;在1998年超新星实验前,根本没人意识到约占3/4的暗能量世界的存在。

复旦大学教授、理论物理学家苏汝铿告诉记者,暗能量并非是宇宙加速膨胀的唯一解释,另外还有数十种模型,其中包括修正广义相对论,但迄今没有任何模型堪称完美:“也许广义相对论只在有限的世界中适用,我们和爱因斯坦一样,都是坐井观天的青蛙。”但无论如何,1998年的发现,改变对世界的认识。

我们的未来会怎样?

几十年来的研究公认,宇宙始于大爆炸——或者说“始于火”,那么,它将走向哪里?

按照宇宙学理论,大爆炸启动于宇宙创始后的“10的35次方”(1千亿亿亿亿)分之1秒,持续到“10的32次方”分之1秒,其间,宇宙从10的25次方分之1米胀成了柚子大小,之后是持续的减速膨胀,直到星系形成(大约是70-90亿年前)。之后便是如今的“加速膨胀期”。在宇宙137亿年的历程中,算上大爆炸,一共加速膨胀了2次,当中夹着一次减速膨胀。在减速膨胀期,引力是主流,暗能量的斥力几乎可忽略不计;但随着宇宙演变,暗能量逐渐加大。

目前没人知道现在的这次加速膨胀会不会一直持续。物理学家们提出了一些假说:如果持续膨胀,那么宇宙最终将变成无比寒冷的世界,如同弗罗斯特诗句描述的那样“毁灭于冰”。也有人认为,未来某天,宇宙会减慢膨胀,直至重新收缩,回复到最初的状态,新一轮大爆炸又会来临——这就是“毁灭于火”。

还有一些描述更幻灭:宇宙的膨胀目前虽仅限于星系之间,但终有一天,星系本身也会受暗能量影响,于是,万物渐渐被撕裂成最基本的粒子,目前的一切将不复存在。

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网友评论
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  1. 安静点、、、2023-11-10 12:33安静点、、、[贵州省网友]202.122.132.235
    “‘火’和‘冰’代表的是什么呢?这个问题真的让人思考,未来的宇宙命运真是扑朔迷离啊。”
    顶0踩0
  2. 靓美,秋轩街2023-10-02 07:29靓美,秋轩街[辽宁省网友]43.241.254.253
    “膨胀的宇宙将毁于‘火’还是‘冰’,这个话题太深奥了,让我想起了《冰与火之歌》,真是让人迷惑啊!”
    顶0踩0
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