操控宇宙的命运—暗能量

操控宇宙的命运—暗能量

早在古希腊时代，天文学家们就试图回答宇宙从何而来、宇宙是什么样这些基本问题。比如，宇宙自古就存在，还是在什么时候突然产生？宇宙到底是无限的还是终止于某一个角落？这些问题困扰了天文学家数千年。


*早期的静态宇宙观在19 世纪初，德国天文学家海因里希·奥伯斯（Heinrich Olbers）首先以逻辑论证的方式，指出了宇宙必须是有限的。他认为，如果宇宙是无限的，而且在大范围上，恒星在宇宙中分布均匀，那么我们的视线在任何一个方向最终都会碰上恒星，虽然恒星越远看起来越小，但是恒星表面亮度不变。因此，如果宇宙无限大，那么即使在黑夜，天空看起来也应该像星星表面一样亮。这显然和我们日常经验不符，所以，奥伯斯认为宇宙是有限的。当然，奥伯斯在推论时，假定了宇宙是稳定静态（不收缩也不膨胀）的。但那时候，人们觉得这是不言而喻的。运用稍微严格的数学推理，由奥伯斯的假定可以得出结论，如果宇宙无限大，天空的亮度应该无限大。静态宇宙被接受，很大程度上是因为符合了人们的经验，可是要仔细推敲起来，即使在奥伯斯的年代，还是存在不小的问题。因为当时牛顿的万有引力定律已经被建立起来了，按照这个理论，宇宙中的物质会互相吸引，如果宇宙是有限的，宇宙应当有收缩的倾向，最后会坍塌，所以一个有限的宇宙应当是不稳定的。当爱因斯坦运用他的广义相对论来研究宇宙时，他发现，由他的理论得出宇宙的解，要么膨胀、要么收缩。可是他当时也认为宇宙应该是静态的，因此他在理论里，人为的加上了一个所谓的“宇宙常数”，在宇宙大尺度上抵消了引力，从而得到了一个静态的宇宙，这是暗能量的最初由来。

*“大爆炸理论”的由来

1929 年，爱德文·哈勃（Edwin Hubble）发现宇宙正在膨胀。他发现，从遥远星球来的光谱普遍向长波方向偏移，即发生“红移”。星球越远，其谱线红移越大，而这种现象合理的解释就是宇宙正在膨胀。在这种理论下，遥远星体在远离我们而去，远离的速度和星体到观察者的距离成简单的正比关系。科学家认为，既然宇宙是膨胀的，那么过去的宇宙就要比现在的小，而在过去某个时刻可能整个宇宙仅仅是一个点。这个点就是现在科学家们认为的宇宙的开始，或者叫“宇宙大爆炸”。 1963年，阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔森（Robert Wilson）发现了“宇宙大爆炸”留下的微波背景辐射，宇宙大爆炸理论逐渐被科学界所接受。至此，天文学家们终于松了一口气，困扰他们两千多年的问题似乎终于有了答案。因为宇宙在膨胀着，所以，宇宙无论在时间还是在空间上都是有限的。

*科学家研究宇宙未来

现在科学界公认的宇宙年龄是137亿年。接下来天文学家们开始探讨宇宙未来的归宿。他们认为，膨胀的宇宙可能有3种命运：第一种是永远膨胀下去，天文学家称之为开放宇宙；第二种也是永远膨胀下去，但膨胀速度会越来越慢，最终膨胀速度会减小为0；第三种是宇宙膨胀会在某个时刻停止，然后收缩，可能再次发生大爆炸。因为引力的作用，无论哪种情况，宇宙膨胀的速度都应该是越来越慢。

但是宇宙膨胀变慢的观点不久就被新的发现否决了。1998年天文学家惊讶地发现，宇宙膨胀不是越来越慢了，而是越来越快了。宇宙加速膨胀的证据来自对一类称为Ia类超新星爆发的研究。

Ia 类超新星爆发，起源于一类由白矮星和一个正常星体组成的双星系统。双星系统的物质不断的从正常星体输送到白矮星，当白矮星的质量达到临界质量时，就会发生热核爆炸。因为所有的白矮星在爆炸时，都有相同的质量，因而这类超新星爆发具有相同的亮度，而被天文学家用作“标准蜡烛”。

在地球上观察到星体的亮度和星体的距离有简单的几何关系，因此天文学家通过测量，在地球上观察到Ia类超新星爆发的亮度就可以算出超新星爆发的距离，从而知道了超新星爆发发生的时间。

另外，因为宇宙膨胀，从超新星爆发发出的光谱到达地球时发生了红移。通过测量这种红移，天文学家可以知道，发生超新星爆发以来宇宙膨胀了多少。通过研究不同距离的Ia超新星爆发，科学家们可以推算出宇宙膨胀的历史。

在上个世纪90年代，两个研究小组得出一致结论，宇宙膨胀在加速。此后几年，宇宙大尺度结构和微波背景辐射测量也独立的证明了宇宙的加速膨胀。

现在宇宙学家认为宇宙加速膨胀也不是宇宙产生之初就出现了，而是发生在宇宙大爆炸10亿年之后。

[/url]

科学家推测暗能量占宇宙总能量的73%，暗物质占23%，常规物质只占4%。(NASA)

*暗能量的提出

宇宙加速膨胀需要一种反引力能量的推动，这种能量到底是什么，科学家们毫无线索，所以就把它称为“暗能量”。科学家发现暗能量非常均匀的分布在宇宙中，除了提供反引力，和物质没有任何作用。微波背景测量给出的密度大约是10～29克每立方厘米。

暗能量还有一个很特殊的性质，随着宇宙的膨胀，暗能量密度基本保持不变，也就是它可以凭空产生。最新的观测表明，宇宙中暗能量占宇宙总能量的73%，暗物质占23%，常规物质只占4%。

目前关于暗能量的理论主要有两种。第一种是前面提到过的宇宙常数。这种理论认为宇宙中的真空有一种内在的能量。这种能量密度按照观测结果应该为10～29 克每立方厘米。这种理论的主要问题是理论预期的能量密度太大，是观测值的1万120倍。需要一种机制几乎完全抵消这种能量密度，保留10～29克每立方厘米的暗能量。这种精确调制如何实现，非常令人费解。

另外一种理论是第五元素理论（Quintessence）。这种理论认为，宇宙的加速膨胀来自一种被称为第五元素的特殊物质，其名称来源于古希腊的哲学。第五元素是一种非常特殊的物质，它均匀分布在宇宙中，具有负的引力质量。

无论暗能量是什么，如果宇宙按照现在这样加速膨胀下去，那么处于近邻超级星系团之外的星系最终会远离我们而去，再也看不到它们。因为它们相对我们的径向速度会超过光速。最后暗能量的斥力会撕裂星系、星体，甚至原子和原子核。物质复归原始。也有宇宙学家认为，随着时间推移，暗能量会慢慢消散或者转变为引力。

*宇宙命运多种假说

宇宙的命运到底将如何？不同的理论和假说会有不同的猜测。近年来，关于宇宙产生的大爆炸理论，也开始受到很多科学家的挑战，其中最系统的学说就是所谓“循环宇宙”的理论。如2006年BBC等媒体报导，美国和英国的科学家组成的联合研究组最近提出了新的宇宙起源理论。

普林斯顿大学史坦哈德特（Paul Steinhardt）和剑桥大学的图洛克（Neil Turok）等人认为，在我们生活的宇宙产生之前已经有宇宙存在，目前的宇宙也将被未来的新宇宙取代，而现在这个宇宙远比已知的还要古老。图洛克甚至推测，现在也许有个“暗物质”宇宙与我们的现实宇宙同时存在，但是我们却无法触及到那边。

[url=http://secretchina.com/news/gb/kanqiwen/tanmi/2007/0507/194258.html]http://secretchina.com/news/gb/kanqiwen/tanmi/2007/0507/194258.html

eliang_0

重出江湖。。。