“无形之手”控制宇宙——暗能量颠覆爱因斯坦和霍金的理论
那是哈佛大学天文学家罗伯特·基尔希纳不会轻易忘掉的一次通话。一位同事打电话给他，讨论可见宇宙最边缘爆炸星体的最新观察情况。基尔希纳的同事说了一些他不想听的事情：宇宙处于一种无人能解释的力量的控制之下。
这样一种惊人的发现通常都会使科学家感到兴奋。但这一次不同。这种力量曾使爱因斯坦上当。基尔希纳和他的同事担心的是，他们也有可能同样受骗。
那是１９９７年１２月的事。从那时起就越来越清楚，对爆炸星体观察到的情况并没有骗人。其他天文学家也观察到了同样的情况，来自太空的数据也证实了他们的观察。现在几乎没有怀疑的余地了。宇宙不仅在膨胀，而且在一种确实不知从何而来的力量作用下，膨胀的速度越来越快。
它的名字很好地表明了它的神秘本质：暗能量。现在，天文学家相信，大约７０亿年前，重力失去了对宇宙的控制，控制权落入了神秘的暗能量之手。问题是无人知道这是出于什么原因，也不知道它是如何发生的。除了知道它的存在之外，实际上对暗能量的了解几乎为零：这是所有科学中最大的谜。
１９１５年，爱因斯坦发表了他的杰作：最新的重力理论即广义相对论。这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。１９１７年，他将广义相对论公式应用到整个宇宙，想看看能否获得对宇宙本质的新认识。他的公式让他十分惊讶：公式指出宇宙正在膨胀。那时，科学家们相信宇宙是静止不变的，这种看法得到了天文观测的支持。宇宙膨胀的理论似乎是荒谬的：自何方膨胀，向何处膨胀？面对着不符合“常识”的公式，爱因斯坦觉得他唯一的选择就是引进一个附加因素，以使他的理论导出一个静止不变的宇宙。
到２０世纪２０年代晚期，天文学家发现他们错了：宇宙的确在膨胀，因此爱因斯坦的附加因素是不必要的。
１９７８年，一位名叫艾伦·古思的美国年轻理论家旁听了一次宇宙论讲座，开始看出宇宙和他自己的专长量子物理学之间的联系。
１９８１年，他发表了一篇革 . 命性的文章，详细说明了“大一统理论”的含义。古思认为，“大一统理论”说明一种极为强大的宇宙力可能在大爆炸中出现，导致宇宙不可思议地快速膨胀。尽管古思的观点某些细节还有缺陷，但其他理论家抓住了“宇宙膨胀”这一基本观点，这主要是由于它从技术角度解决了大爆炸的一些难题。
但结局很有戏剧性。古思发现的新力量效应完全应看作对爱因斯坦重力理论的简单补充，它与爱因斯坦的共同失误之处在于所谓的“宇宙常量”。天文学家现在必须解释为什么曾经普遍的宇宙常量在大爆炸发生几个月之后就完全结束了。在２０世纪８０年代，世界上最伟大的理论家，包括剑桥大学的斯蒂芬·霍金，都试图找出能够解释宇宙常量为何消失的论据，但没有一个人令人信服。美国获得诺贝尔奖的物理学家史蒂文·温伯格因此声称，宇宙常量是物理学上一个名副其实的危机。
１０年后的１９９８年，这个危机产生了戏剧性的变化。天文学家证明在宇宙恒定问题上，每个人都错了。宇宙常量在大爆炸后根本没有结束，而是似乎继续在宇宙中起作用。它从重力手中夺得了控制权，以前所未有的速度推动宇宙膨胀。这些惊人的发现来自对可见宇宙最边缘的巨大星体垂死挣扎情况的观察。这些被称为超新星的星体的亮度在短期内可超过整个银河系，成为深邃宇宙中理想的探测器。２０世纪９０年代中期，两组科学家开始运用这些遥远的灯塔研究宇宙膨胀的速度。他们的想法很简单：弄清宇宙的快速膨胀是会一直持续下去，还是某一天会在自身重力的作用下渐渐停止，转而发生大收缩这样的剧变。
无论是这两种情况中的哪一种，这两支国际天文学家队伍都希望从超新星变弱的光芒中找到线索。他们实际发现的现象使他们迷惑，并导致了哈佛的罗伯特·基尔希纳和他的同事亚当·里斯之间的电话通话。作为“大红移超新星搜索小组”的成员，基尔希纳和里斯一直在用望远镜观察，寻找宇宙膨胀速度变化的迹象。１９９７年１２月，他们开始发现这些迹象。但超新星的变化显示，宇宙膨胀非但没有在自身重力下变慢，反而在一种看不见的力量推动下变快。这种力量很快被称为“暗能量”。
美国航天局在轨道中运行的威尔金森微波异向探测卫星收集的材料也证明超新星在发生同样的变化。这种变化的含义的确令人不安。爱因斯坦、霍金和其他聪明的理论家都错了：宇宙中最有影响的力量不是重力，而是以宇宙常量形式存在的“暗能量”。
(木 马)
文章来源:科学网
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