一隻「看不見的手」 推動宇宙加速膨脹

第27期
2008年12月22日
作者: 
一夫
宇宙加速膨脹是21世紀初科學最大的謎,對科學產生了巨大的衝擊,使得物理學界面臨巨大挑戰和危機。
一隻「看不見的手」 推動宇宙加速膨脹
2006年8月21哈勃望遠鏡拍攝到兩個大的星系團碰撞的時,暗物質和正常物質被分開,證實暗物質存在。NASA

1998年,天文學家發現了宇宙在加速膨脹,而不是物理學認為的宇宙膨脹應該減速。這一新發現完全出乎現代物理學的預料,從而導致物理學認為有一種神祕的力量(能量)在推動宇宙在加速膨脹,並且把這種神祕的力量稱為「暗能量」。現在天文學觀察到宇宙中有約96%的成分是由暗能量(占73%)和暗物質(占23%)組成,而人能夠看到和觀察到的物質加起來只占宇宙的4%。所以現代科學對整個宇宙知之甚微。

一隻「看不見的手」

正推動宇宙加速膨脹

科學家觀察到的數據表明,暗能量在宇宙中起決定性作用,以越來越快的速度把宇宙撕裂,直接決定宇宙的命運。2007年2月的《科學美國人》雜誌登出文章說,暗能量是個「看不見的手」,不僅推動宇宙加速膨脹,而且決定星系的形成。

宇宙加速膨脹是21世紀初科學最大的謎,對科學產生了巨大的衝擊,使得物理學界面臨巨大挑戰和危機。一些物理學家認識到,暗物質和暗能量的發現,正在動搖現代物理學的基石,可能需要發展新的物理學理論。

眾所周知,物理學是20世紀科學的領頭羊。物理學有兩大支柱:量子論和相對論。人們日常用的手機、電視等等和量子論有關;核武器、核能源等和相對論有關。然而,困惑物理學界的是,量子論和相對論互不相容,基本觀點相互衝突:量子論是機率論,而相對論是決定論。愛因斯坦對量子力學的機率解釋一直難以接受,於是他說:「上帝不擲骰子。」為了解決量子論和相對論之間的衝突,愛因斯坦晚年嘗試建立一個能描述自然界所有「力」的「統一場論」,之後很多科學家一直在追求建立一個能描述整個宇宙的「大統一理論」,但是到目前為止並沒有成功。

在幾十年構建「大統一理論」的努力中,主要的成就是提出了「超弦理論」。超弦理論認為自然界的基本單元不是像電子、光子、中微子和夸克等等這樣的粒子,這些看起來像粒子的東西實際上都是非常小的弦的閉合圈──稱為閉合弦或閉弦,閉弦的不同振動和運動,就給出這些不同的基本粒子。

宇宙「大爆炸」不斷發生

炸出無數個宇宙時空

為了試圖解釋宇宙的加速膨脹,超弦理論不僅必須增加我們所熟知的空間是三維以外的額外維度,而且提出了無限多的「平行宇宙」。超弦理論認為形成宇宙的「大爆炸」不斷地發生,從而炸出了無數個宇宙時空。我們所在的宇宙只是這些「平行宇宙」的一個,這些「平行宇宙」遵守不同的物理學定律。許多物理學家認為關鍵問題不是「平行宇宙」是否存在,而是有多少級(level)。2003年5月的《科學美國人》雜誌發表一篇文章介紹「平行宇宙」,認為有四級「平行宇宙」,且有無窮多個宇宙(空間)。

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