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暗能量決定著宇宙的命運?

一九六六年,是人們對宇宙認識發生轉折的年代,人們發現宇宙是不斷運動,不斷發展的,而不是永恆不變。宇宙是一個活生生的事物,有開始,有發展,有未來,而不是一個機械的東西。從此,大量的科學家致力於研究宇宙的產生與發展。二十幾年前,人們開始認識到,萬有引力無法解釋星係為什麼能快速運動而不致於飛散,還認識到宇宙中能看得見,測量得到的只是宇宙物質極少的一部分。絕大部分物質科學家們還一無所知。前一段時間,科學家探測到宇宙在加速膨脹。宇宙的未來是怎樣的?人類對宇宙的研究才剛剛開始。

在宇宙中,我們眼睛看不到的東西很多,目前,人們能通過哈伯太空鏡和地面望遠鏡看到宇宙美麗的圖像。在這些圖像裡,我們看到的是星星,個體的星星,還有星系,星系是由很多億的星星組成的,我們看到星系的光是星系中眾多星星發出的光的混合。我們現在知道,星星只是這個宇宙中物質的0.5%,所以確確實實只是一小點,就像冰川上露出的一小點。目前,我們知道,絕大部分的宇宙物質是暗的,不發光的。但我們知道它的存在,因為引力的作用。

如果我們觀察宇宙,1/3是暗物質。暗物質是使宇宙凝聚在一起的東西。我們知道它的存在。因為如果沒有這個暗物質,我們的銀河系和其它的星系就會飛散開來,正是這個暗物質的凝聚力穩固了我們的銀河系和其它星系。

除了暗物質以外,還有暗能量的存在。暗能量非常神秘,令人費解,如果觀眾聽完了解釋還不理解的話,你們已經趕上研究人員的水平了,因為我們也不懂。

暗能量占宇宙的2/3,暗能量是將星系推開的力量。這種物質的引力成了斥力,它是導致宇宙膨脹的主要原因。所以,它決定著宇宙的命運。直到我們理解暗能量是什麼,我們不能解釋宇宙的命運將是怎樣的。

這非常有趣,我們遙望天空,我們能看到星星,它們占整個宇宙的0.5%,其餘的宇宙是我們看不見的,用望遠鏡也看不見。

我們不能直接看到暗物質,暗能量,但是我們可以從宇宙中的可見光來推論暗物質、暗能量的存在。

暗物質是人們在觀察星球和星系的運動時發現的。當我們觀察星系時,我們看到星系裡的星球運動得非常快,這一點是可測量的,只要有一點點光就可以測量。可是星球運動得是如此之快,這使得人們認識到必定還存在著除星球以外的物質。因為僅僅是這些星球的物質不能使星系凝聚在一起。當我們觀察巨星系,巨星系是很多星系的集合體,我們得出的結論也是一樣的。星系彼此圍繞地運動著,這種運動是如此之快,如果不是有別的物質,巨星系無法凝成塊。

暗能量更微妙一些。它的主要影響是宇宙的膨脹。哈伯太空鏡17年前發現宇宙在膨脹。很自然的一個問題就是這種膨脹的速度在減慢呢還是在加快?事實上,人們根本沒想到膨脹可能加速。人們實際在問由於宇宙中所有物質的相互吸引,膨脹的減慢速度是怎樣的。人們要測量減慢的速度。

在1998年,兩個研究組分別發現了一個驚人的結果,那就是宇宙的膨脹在加快。這是非常非常意外的,從那以後,各種測量結果都得出了同樣的結論。

我們對宇宙膨脹的加速給了這樣的一個解釋,這個現象展示給我們有一種神秘的,叫做暗能量的東西的存在。暗能量的神秘之處在於它的重力現象不是引力而是斥力。我們真的相信暗能量的存在,它占宇宙物質的三分之二。

這是非常奇特的,一種斥力。我相信觀眾聽到我這麼說都被弄糊塗了。我得承認我們也被弄糊塗了。但是我們可以非常自信地說暗能量是存在的。我們希望能理解它。發現它的方法是用光、用星球爆炸的光來測定宇宙膨脹。如果宇宙膨脹一直加速下去,這是一種可能,一種最直觀的可能性,那麼一千億年以後會是什麼樣呢?一千億年聽起來是很長的時間,也許對中國觀眾這個時間並不長,因為中國觀眾比美國觀眾更能欣賞時間。一千億年以後絕大部份的星系都會離我們非常遠,星系的運動也會非常快,以致於我們完全看不到它們了。

我們還能看到我們自己星系的星星,但對太空人來說天空是黑的。我們自己的星系沒有被拆散。你遙望天空時,看到的是我們自己星系的星星,但太空人會非常失望。目前太空人能在一千億的星系中任意選擇去觀察。一千億年以後如果宇宙膨脹還繼續加速,太空人就只能觀測100個星系了,對研究宇宙來說就非常困難了。我想強調一點,我們並不肯定這個情況一定會發生,也有可能這種暗能量會消散、消失,以致於我們宇宙也掉回來,也有可能暗能量會消散一些,宇宙的膨脹會減緩。

總而言之,我們知道很多,但是我們能理解的很少。

我們看到的宇宙是發光的普通物質,由電子、中子、質子、光子組成的普通物質。這些東西能成為一塊一塊的原因就是因為看不見的暗物質的存在。是暗物質把它們拉到一起的。所以暗物質是一種影響,如果只有電子、質子、中子、光子這種普通物質,它們不會這樣團在一起,是暗物質把它們凝聚在那個位置的。所以暗物質是一種推論。

《科學》雜誌出了一期「dark side」的特刊,讓讀者了解宇宙不為人知,但起著最重要作用的一面:黑洞、暗物質、暗能量等等。該期刊收集了所有關於這一方面的綜述和相關文章。在其中的一篇綜述中,普林斯頓大學的物理學家保羅-斯坦哈特(Paul Steinhardt)這樣寫道:「沒有暗物質,就沒有我們人類的存在。」人類對宇宙的知之甚少,似乎在告訴我們人類的渺小,對萬事萬物人類須有海納百川的胸懷。

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