暗能量主宰宇宙命運：可把宇宙撕碎

物理學家為推動宇宙加速的力量安上了一個異想天開式的名字——暗能量，它對抗引力的束縛，將宇宙空間向外推擠。如果暗能量是宇宙疾速膨脹的幕後推手，那麼總有一天宇宙自身會在一場「大撕裂」中分崩離析。有關「反引力效應」的謎團正是現代物理學中的最大的困惑——暗能量來自哪裡？它如何推動宇宙膨脹？它是否真的存在？對於這些問題，學界全都沒有達成共識。

膨脹的證據

第一個暗示宇宙膨脹的證據可追溯到幾乎一個世紀前。在這個證據出現之前，物理學家仍然死死握住200多年前艾薩克·牛頓提出的宇宙模型，其中，空間和時間都是永恆穩定的，並可用嚴格的尺規和時鐘精確測量。根據牛頓的理論，引力是一種能夠在虛無的空間中穿行的力，這種無形的力量將天體拉扯到了一起。宇宙的歷史。時間和空間從大爆炸開始，在經歷初期的膨脹後，便進入了加速膨脹過程。起初，愛因斯坦想像中的宇宙是球狀且靜止的，不會膨脹也不會收縮。

令他吃驚的是，廣義相對論導出的卻是一個不穩定的宇宙：一個微小的變化就能打破輻射（如光）和物質之間的平衡，使宇宙向外膨脹或向內收縮。愛因斯坦為了堅持它的靜止宇宙模型，便引入了一個穩定的參數，稱為「宇宙常數」——它能抵消宇宙隨引力收縮的趨勢。宇宙常數只不過是一個為了使宇宙保持靜止而捏造出來的參數。

但靜止宇宙模型是錯誤的

1912年，斯里弗發現所有他能觀測到的星系的光都比預期的更「紅」，表明光波被拉伸了。紅移意味著這些星系都朝遠離地球的方向移動，而紅移的大小則揭示它們的退行速度。我們很難測量出星系的距離，施密特補充道，「因為你不可能放把尺子在星系和地球之間。」哈勃的推算基於每個星系中擁有相同光度的明亮恆星，它們就像相同瓦數的燈泡一般，越暗淡，距離越遠。這是一個非常粗糙的假設，因為不是所有恆星都具有相同的亮度，但這個假設基本成立。

哈勃發現遙遠星系發出的光越「紅」，星系退行的速度就越快。1929年，他將宇宙膨脹的證據公之於眾。「用氣球做比喻更容易理解，氣球上事先畫好的點就相當於宇宙中的星系。」施密特解釋：「把氣球吹起來，氣球上的點開始相互遠離——它們離得越遠，相互退行的速度就越快。」哈勃的發現同這樣的宇宙模型相契合：宇宙誕生初期非常緊湊，如今就好比一個不斷膨脹的氣球。

宇宙中的燭光

利用1a型超新星探測宇宙膨脹的想法在施密特和里斯相遇後愈發強烈，波爾馬特當時已經確認了7顆1a型超新星，它們的距離都比先前科學家看到的遠10倍。由於遙遠天體的光到達地球需要時間，你的目光越深入蒼穹，展現在你眼前的宇宙歷史就越豐富。為這些遙遠的超新星精確定位，有助於揭示宇宙在過去膨脹得有多快。波爾馬特說：「如果宇宙曾快速膨脹，遙遠超新星的紅移就會比鄰近的超新星更顯著。另一方面，如果宇宙在以較慢的速率膨脹，遙遠超新星的紅移則不會那麼明顯。」通過比較遙遠和鄰近的「恆星屍體」的紅移，還可能測得宇宙膨脹的速率是否曾發生改變。「這是一種很直接的測量方法，而其他人居然都沒用過，當時我就震驚了。」波爾馬特回憶道。

刀口上的宇宙

波爾馬特強烈渴望找尋宇宙最終命運的真相。幾十年前，宇宙學家凝視著愛因斯坦的方程式，推導出宇宙命運的三種可能性——這取決於宇宙中星系、恆星的數量。如果宇宙中物質的密度足夠大，宇宙就不僅僅會減慢膨脹速度，而且會在引力作用下收縮成一個極小的點——這就是「大坍縮」。而如果宇宙所包含的物質數量在臨界值之下，則膨脹雖然會減少，但永遠不會停止；如果膨脹非常劇烈，或加速膨脹，宇宙則會終結於「大撕裂」。

尋找暗物質

對天文學家來說，未能在可見的宇宙中觀測到那70%的物質似乎是個巨大的疏漏。天文學家明白，望遠鏡不可能捕捉到潛伏在宇宙中的一切。當他們發現大量星系外圍物質的旋轉速度都快得不可想像時，才意識到宇宙中多數物質都是不可見的。星系外圍的恆星似乎被更強大的引力拖拽著，而這個更強大的力，比根據可見的恆星數量計算出來的引力還要大。最可信的解釋是星系中也包含著我們無法用傳統方式觀測到的「暗物質」，它們對外圍恆星也施加了引力。

暗能量的起源

儘管暗能量的理論得到了發展，但物理學家對於暗物質起源的探尋仍然處於「黑暗時期」。在宇宙學家的一個模型中，暗能量是從在亞原子領域占支配地位的量子物理模糊定律中誕生的。量子力學看似離奇，因為在你觀測某個粒子之前，粒子沒有任何確定的屬性；相反，同一個粒子可同時在不同位置存在。這種與生俱來的善變性，意味著你永遠無法確定某個粒子是否在那裡，即使在所謂的真空中也存在著進進出出的粒子，它們轉瞬即逝。

不斷突破的視野

從現在開始的8~10年內，「歐幾里得」任務即將開始為科學家提供數據，但波爾馬特認為這些數據或許並不能為我們所期望的答案提供支持。他說：「如果經驗可以告訴你一切，那這些經驗也會帶來完全超乎你想像的東西。」施密特指出，自17世紀牛頓提出引力理論之後，我們經歷了漫長的等待，終於，愛因斯坦的廣義相對論誕生了。「為了解釋宇宙常數存在的原因，我們需要另一個愛因斯坦——而我們只是不知道這樣的真知灼見何時才會出現。」他說，「也許明天，也許還要再等150年。」

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