天文|你知道吗?宇宙学中有这2个绕脑的问题( 二 )



天文|你知道吗?宇宙学中有这2个绕脑的问题
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最近在天文学课上面我们详细地讨论了暗能量理论 。 如果可以的话 , 我请求您或者您的一位同事来解释一下这个理论背后的一些假设 。
暗能量吗?我觉得最短且最诚实的答案是 , 我们他喵的对它一无所知!我可以给一个长解释 , 不过这个解释会很冗长很模糊 , 因为你提的问题实在是太好太广泛了 , 它触及了很多我们对于宇宙的未知的领域 。 暗能量的提出源自所谓的真空零点能的发现 , 后者指的是处于真空的空间本身就具有的非零的能量 。
根据爱因斯坦提出的质能方程E=mc^2 , 真空零点能是有质量的 , 这个质量会影响整个宇宙的引力现象和行为 , 因为宇宙中遍布着真空 。 很难想象真空零点能是存在的 , 毕竟根据定义来说真空中根本没有什么东西 。 按照科幻小说中滥用的说法来表达的话 , 暗能量是宇宙时空结构的必然衍生品 。
我觉得暗能量只是人们给这种我们并不能理解的东西起的一个名字 。 实际上 , 暗能量只是一个现代的名字 , 它本质上代表的是爱因斯坦提出的宇宙常数——一个在19世纪被爱因斯坦加入自己广义相对论方程从而让宇宙在理论上存在稳定状态的含糊的概念 。 在加入宇宙常数前 , 广义相对论得出的结论是宇宙要么在膨胀要么在收缩 , 横竖不可能稳定不变 , 这种结论在当时的哲学看来不可接受 , 难道宇宙不是永远存在的吗?嗯 , 还真不是 。

天文|你知道吗?宇宙学中有这2个绕脑的问题
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19世纪20年代 , 爱德文·哈勃发现了各星系正在相互远离 , 这说明宇宙正在膨胀 , 因而宇宙的存在是有年限的 。 此后 , 爱因斯坦称宇宙常数是他弄出来的最大错误 。 如果爱因斯坦是《辛普森一家》的粉丝 , 那他一定会大喊一声“D’oh!”(音:刀) , 因为他原先的理论恰能正确预言宇宙的膨胀 。
事实上要否定宇宙常数 , 还有一种比较少见的方法 。 爱因斯坦加入宇宙常数的目的是让宇宙的解处于稳态 , 但如果要达到这个目标 , 宇宙常数的数值必须非常精确、非常特殊 , 其他的数值都不行 , 哪怕稍微变动一点点也会导致宇宙开始并加速膨胀 。 所以假如宇宙常数带来的结果并不理想 , 它没能在理论上阻止宇宙的膨胀而使得宇宙稳定下来 。 提出宇宙常数堪称上世纪最伟大的理论物理学家犯的一个数学糊涂 。

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这段肮脏的历史过后 , 我们今有多种现代的证据可以证明宇宙的加速膨胀 。 为了让宇宙的膨胀符合广义相对论的推导结果 , 我们需要加入类似宇宙常数的一项 , 这就是暗能量 。 在广义相对论中加入暗能量可以正确地描述真空空间本身产生的引力效应 。 如果你觉得这些东西难以理解 , 那么你不只是一个人 。 有很多乐观的宇宙学家认为暗能量不仅仅是当前数据处理的需要 , 也是将来某一天可以完完全全搞明白的东西 。 不过也有一些比较悲观的人担心暗能量也只是一个用来描述我们永远不会理解的宇宙实质的含糊概念罢了 。

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