第10章　加速的宇宙

暗能量是当代物理学最大的谜团之一。对远方爆发恒星的观测,颠覆了我们心中对宇宙原先的印象,并促使我们重新检讨自己对空间、时间、物质和能量的理解。是什么样的奇异能量在为宇宙加速?我们对暗能量这个凭空出现的时空推进器有多少了解?而这些了解又将在最基础的层面上揭示什么样的自然法则?暗能量的存在是如此突兀,一刹那就掩盖了其他所有的枝节问题。这就像在一张饭桌上突然出现了一头大象,餐具搭配是否艺术就再没有人会注意。当我们惊讶地看着宇宙中闯进的这头大象时,脑海里只留下两个问题——它究竟从哪里来?又是怎么进来的?

破解暗能量谜题的第一个关键是对“真空”的认识。量子力学告诉我们,真空并不完全是空虚的。相反,有大量虚粒子在真空中时刻不停地产生和消亡。这一活跃的过程在一定程度上暗示了某种能量的存在。或者说,真空中的能量零点——基态能量——并不绝对为零。但是,当我们从这个认识出发去计算真空能量时,所得到的结果却超出了很多个数量级。

这一差异所带来的后果是非常严重的。事实上,真空能量是标准模型在描述亚原子尺度物理时所能做到的极限。除此之外,再没有任何一个成熟的理论能解释暗能量的存在。因此,我们必须打破已有的微观世界观,或是寻找能为真空能量给出正确数量级的新物理,或是提出对暗能量更超乎想象的解释。不管怎样,对暗能量的理解都将为我们的宇宙观带来翻天覆地的变革。

关于暗能量

物理学家永远是多疑的,当有证据试图颠覆我们最基本的物理图像时尤其如此。可以想象,当实验物理学家所展示的结果远远偏离了被广泛接受的理论时,这些工作一定会受到特殊的关照。人们不仅仅会质疑实验所采取的方法和分析手段,更需要其他小组进行独立验证。暗能量的发现也无法逃脱这一命运。事实上,暗能量最早的化身——宇宙常数——曾经数次被学术界从模型中剔除(最早的一次,是在获知了哈勃对膨胀宇宙的观测后,被爱因斯坦从引力方程中抹去),在经过一段思量之后又被重新拾起。