宇宙加速膨胀的那些事儿

    在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典科学院内，诺贝尔物理学奖当地时间10月4日11时45分揭晓，美国科学家索尔·珀尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯，以他们在天体物理学方面的卓越研究成果获此殊荣。诺贝尔物理学奖评选委员会表示，今年诺贝尔物理学奖得主的成就“与整个宇宙相关”，这三位获奖者“研究几十颗处于爆炸状态的恒星、即‘超新星’，发现宇宙正在扩张过程中，扩张速率不断加速”。
    尽管科学家在将近一个世纪前便知晓宇宙正在膨胀，但诺贝尔物理学奖评选委员仍用“令人震惊”来形容三位获奖者关于宇宙加速膨胀的发现。评委会声明，他们的研究成果震动了宇宙学理论基础，宇宙在很大程度上依然充满未知数。中国科学技术大学物理学院天文系教授孔旭接受了科技日报的采访，漫谈浩瀚宇宙加速膨胀的发现故事。
    ———— “宇宙学常数”的探求 ————
    三位科学家的研究，确认了最初由科学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的一种理论，即被他称之为“宇宙学常数”的理论。孔旭介绍说：“1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论——一种将时空结合在一起的引力理论，这也是宇宙学的基础。因为我们的宇宙由地球、太阳和银河系等物质组成，而物体之间有引力相互作用，使得我们的宇宙必然会收缩。”
    “但是，在20世纪初，人们认为我们所在的宇宙是静态的，不存在膨胀和收缩。为了抗衡宇宙中物质引力将导致宇宙的收缩，使得宇宙处于静态，爱因斯坦在他的广义相对论引力场方程里加入了一个‘宇宙学常数’项。这项的动力学效果相当于排斥力，这个斥力与物质间的引力正好相抵消，宇宙才能静止。”
    1929年，美国天文学家哈勃发现离我们越远的星系，以越快的速度远离我们，这就是著名的哈勃定律。
    膨胀宇宙的天文观测结果让人们认识到宇宙不是静止的。晚年时的爱因斯坦曾把“宇宙学常数”的引入，说成是他“一生中最大的失误”。
    宇宙将最终冰冻
    “基于哈勃发现的星系退行速度和星系距离的关系，我们很容易想到，如果我们逆时间方向往过去追溯，我们的宇宙必然诞生于一个很小的空间。”孔旭说，“这也是1948年美籍俄裔天文学家伽莫夫提出‘热大爆炸宇宙学模型’的观测基础。”
    接下来的问题是宇宙的命运将如何？即宇宙是继续膨胀直至物质无限稀薄，膨胀速度趋于零，宇宙将终结于寒冰；还是膨胀到某一时刻后，因为物质引力的作用，开始收缩，温度不断增高，宇宙将终结于烈火？这些都是科学家正在不断探索的奥秘。
    诺贝尔评审委员会介绍说：“如果扩张继续加速，宇宙将以冰冻状态终结。”对此，孔旭解释说：“因为宇宙正在膨胀，其密度必定也正在减低，因为物质与物质之间的空间正在加大。随着宇宙的加速膨胀，宇宙中的天体远离速度不断加速，宇宙学红移不断增大，红移使得光子的波长不断变长，频率降低，遥远的宇宙也会变得越来黑暗、越来越冷。当造成膨胀的斥力继续增加，最终会战胜引力，撕碎宇宙中的星系团、银河系、太阳系、最后甚至小小原子等一切物质。所以加速膨胀，最终会使得宇宙以冰冻状态终结。”
    他还举了一个生动的例子：“就如现在某人有1000万元，如果他将钱分给1000个人，每人只有1万元；如果分给1万人，每人只有1000元；随着人数的增加，最终每个人得到的钱数目趋于零。”
    宇宙确实存在一种使得宇宙膨胀不断加速的斥力
    对于时间和空间的主观感受依赖于观测者本身，但爱因斯坦的理论用一种精确的数学表述方法，科学地度量了“任何事都是相对的”这一经典的格言。
    当哈勃得意洋洋地将膨胀宇宙的天文观测结果展示给爱因斯坦看时，这位常常被称作“孤独的人”的伟大的科学家惭愧极了。他不会知道的是，一代代科学家们仍在孜孜不倦地研究这一“反引力的固定数值”，并在探索中渐渐明白，为什么爱因斯坦如此钟爱这个理论；而今，宇宙常数依然是当今物理学最大的疑问之一。
    孔旭说：“历史的发展常常很具有戏剧性，

[1] [2] [3] 下一页