正文

第10章 加速的宇宙(14)

爱因斯坦的望远镜 作者:(美)艾弗琳·盖茨


对这个疑难问题的常规看法是这样的。由于某种迄今为止还不清楚的物理原因,真空能量将变成零——为了理论上处理问题方便,我们经常把某个物理量直接取为零,而不是在零附近精细调节它的数值。同时,我们寄希望于未来的一个统一所有力的大统一理论,能指出这样做的物理依据。在这个更庞大的理论中,有可能出现其他的对称性,使粒子们对真空能量的贡献相互抵消并最终趋于零。不管怎样,宇宙常数将为我们理解宇宙及其运行法则提供更多的信息,并为更高层次的物理理论提供线索。

在观测方面,宇宙常数的标志性特征是w =-1(即压力等于密度的负值p=- ),且不随时间变化。具有这一特征的宇宙组分,其能量密度和压力都不随宇宙的膨胀或收缩而改变,且将在宇宙演化的过程中保持恒定。所谓宇宙常数,顾名思义就是一个常数。

但这又为我们提出了另一个问题——为什么直到现在暗能量才成为宇宙的主角(在宇宙学看来,50亿年前就可以被称为“现在”)?事实上,虽然宇宙常数所具有的能量密度自始至终都是一个常数,但宇宙的其他组分——如物质和辐射——却发生了变化。在宇宙早期,物质和辐射具有比现在高得多的能量密度。因此,在那个时候辐射(后来是物质)以高出几个数量级的压倒性优势,超过宇宙常数成为世界的主宰。但时至今日,物质和暗能量的能量密度已经近似相等。这两者相等有可能仅仅是一个巧合,也有可能是一个物理规律的必然结果。在这一点上物理学家也投入了相当的精力,但一切尚无定论。

可能性二:精质

精质[精质一词起源于古希腊哲学流派,原意是指除土、火、水、气之外的第五元素或第五本质,在现代物理中借指动力学暗能量,以区分重子、光子、中微子和暗物质等其他四种构成宇宙的要素。——译者注]——第五元素——是一种动态的暗能量。11这种暗能量的密度不再是一个常数,在宇宙的早期可能比现在更大或更小,在未来更有可能发生一些未知的变化。显然,这一理论使宇宙的最终命运具有了一定的不确定性。事实上,如果暗能量是一个宇宙常数(w =-1),那么一切都将是确定的,宇宙一定会永远地膨胀下去。于是在万亿年之后,当地球和太阳都不复存在的时候,我们后代(如果还存在)眼中的宇宙将变成单调乏味的世界。在那个时候,随着时空的加速膨胀,银河系身边的邻居将和远方星系一起越走越远,最终消失在我们的视野中。


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