宇宙常數死而複生
在發現了宇宙膨脹這個事實後,愛因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常數項去掉了,並認為宇宙常數是他“一生中最大的錯誤”。隨後,宇宙常數被拋進曆史的垃圾堆。然而造化弄人,幾十年後,宇宙常數又像鬼魂般的複活了。這次宇宙常數的複活要歸因於暗能量的發現。
1998年,天文學家們發現,宇宙不隻是在膨脹,而且在以前所未有的加速度向外擴張,所有遙遠的星係遠離我們的速度越來越快。那麼一定有某種隱藏的力量在暗中把星係相互以加速膨脹的方式撕扯開來,這是一種具有排斥力的能量,科學家們把它稱為“暗能量”。近年來,科學家們通過各種的觀測和計算證實,暗能量不僅存在,而且在宇宙中占主導地位,它的總量約達到宇宙總量的73%,而宇宙中的暗物質約占23%、普通物質僅約占4%。我們一直以為滿天繁星就已經夠多了,宇宙中還有什麼能比得上它們呢?而現在,我們才發現這滿天繁星卻是“弱勢群體”,剩下的絕大部分都是我們知之甚少或幹脆一無所知的,這怎麼不讓人感到驚心動魄呢!事實上,早在1930年,就有天體物理學家指出,愛因斯坦那加入了宇宙常數的宇宙學方程並不能導出完全靜態的宇宙:因為引力和宇宙常數是不穩定的平衡,一個小小的擾動就能導致宇宙失控的膨脹和收縮。而暗能量的發現告訴我們,愛因斯坦那作為與引力相抗衡的宇宙常數不僅確確實實存在,而且大大擾動了我們的宇宙,使宇宙的膨脹速率嚴重失控。在經曆了一係列曲折後,宇宙常數正在時間中複活。
宇宙常數今日以暗能量的麵目出現在世人麵前,它所產生的洶湧澎湃的排斥力已令整個宇宙為之變色!暗能量和引力之間的角力戰自宇宙誕生起就沒有停止過,在這場漫長的戰鬥中,最舉足輕重的就是彼此的密度。物質的密度隨著宇宙膨脹導致的空間增大而遞減;但暗能量的密度在宇宙膨脹時,變化得非常緩慢,或者根本保持不變。在很久以前,物質的密度是較大的,因此那時的宇宙是處於減速膨脹的階段;現今的暗能量密度已經大於物質的密度,排斥力已經從引力手中徹底奪得了控製權,以前所未有的速度推動宇宙膨脹。根據一些科學家的預測,再過200多億年,宇宙將迎來動蕩的末日,恐怖的暗能量終將把所有的星係、恒星、行星一一撕裂,宇宙將隻剩下沒有盡頭的寒冷、黑暗。暗能量的發現,也充分地體現了人類認知過程又走進了一個“悖論怪圈”:即宇宙中所占比例最多的,反而是最遲也是最難為我們所知曉的。一方麵人類現在對宇宙奧秘的了解越來越多,另一方麵我們所要麵對的未知也越來越多。而這日益深遠的未知又反過來不斷刺激著人類去探索宇宙背後的真相。暗能量是怎麼來的?它將如何發展?這已經是21世紀宇宙學所麵臨的最重大問題之一。
暗能量究竟是一種什麼樣的物質?長期以來,這些問題一直困擾著世界各國的科學家們。丹麥哥本哈根大學的科學家們最近公布了他們的研究成果,認為宇宙暗能量事實上很可能就是真空。丹麥哥本哈根大學暗宇宙研究中心的科學家稱,通過觀測數十億光年以外爆炸的超新星,研究人員非常精確地描繪了宇宙的膨脹曆史,並據此推測出到底是何種神秘的力量在加快宇宙的膨脹。丹麥科學家稱,天文學家們早就觀測到宇宙一直都在膨脹,並且沒有任何減速的跡象。科學家過去數年間共收集到60餘顆超新星爆炸的數據,證實愛因斯坦的宇宙理論並沒有差錯,他提出的宇宙恒量可以解釋奇異的膨脹加速度。此前有一種理論認為暗能量也許是現有理論存在的漏洞,但觀測結果卻顯示宇宙暗能量很可能就是真空。丹麥科學家稱,從哲學的角度來講,暗物質和暗能量相繼被證實存在對人們的觀念是一次極大的衝擊和突破。當年哥白尼僅僅將宇宙的中心從地球搬到太陽,就引起了全世界的軒然大波,人們不得不重新審視自身在宇宙中所扮演的角色。天文學上的發現不斷地突破人們剛剛建構的關於宇宙中心知識體係,直到愛因斯坦提出廣義相對論後,人們才發現宇宙根本沒有所謂的中心。暗物質和暗能量的存在同樣是以前人類無法想象的事情,但它們真的就存在於整個宇宙中,並占據了整個宇宙能量的70%左右。暗能量是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量,宇宙中所有的恒星和行星的運動皆是由暗能量來推動的。之所以暗能量具有如此大的力量,是因為它在宇宙的結構中約占73%,占絕對統治地位。暗能量是近年宇宙學研究的一個裏程碑性的重大成果。支持暗能量的主要證據有兩個:一是對遙遠的超新星所進行的大量觀測表明,宇宙在加速膨脹。按照愛因斯坦引力場方程,加速膨脹的現象推論出宇宙中存在著壓強為負的“暗能量”;另一個證據來自於近年對微波背景輻射的研究精確地測量出宇宙中物質的總密度。值得注意的是,對於通常的能量、重子和冷暗物質,壓強都是非負的,所以必定存在著一種未知的負壓物質主導目前的宇宙。