宇宙為什麼會膨脹？宇宙越來越大，可沒人知道為什麼

很多朋友都知道宇宙在膨脹 但是卻幾乎沒有人知道 宇宙為什麼會膨脹 今天我們就來聊聊這個 現代宇宙學最大的謎團 宇宙為什麼會膨脹 看看我說的有沒有道理 我們先從一個幾乎所有人 都會產生的誤解開始 很多人一聽到宇宙大爆炸 腦海裏都會出現一幅畫面 一個巨大的火球 在黑暗的宇宙中猛烈爆炸 碎片飛向四面八方 如果你也是這麼想的 那今天可能要刷新一下認知了 因為科學家認為 宇宙大爆炸並不是 東西在空間裏炸開 而是空間本身開始擴張 這兩個說法看起來只差幾個字 實際上卻完全不是一回事 舉個例子 假設你正在烤一塊葡萄幹麵包 麵團在發酵的時候會不斷膨脹 鑲嵌在裏面的葡萄幹 並沒有主動移動 但它們之間的距離卻越來越遠 為什麼 因為真正變大的是麵團 宇宙也是一樣 那些遠離我們的星系 並不是都在朝著某個方向飛行 更準確地說 是它們之間的空間正在不斷變大 換句話說 真正發生變化的不是星系 而是時空本身 那麼一個新的問題來了 空間為什麼會變大呢 20世紀初 人類一直認為宇宙應該是靜止的 就連愛因斯坦老爺子 在建立廣義相對論時 也默認宇宙不會整體變化 甚至專門在方程裏加入了一個像 讓宇宙保持靜態 可沒過多久 天文學家哈勃觀測到一個驚人的事實 幾乎所有遙遠星系都在遠離我們 而且越遠 退行速度越快 這並不是因為地球位於宇宙中心 如果你站到任何一個星系裏去看 都會得到幾乎一樣的結論 也就是說 整個宇宙都在膨脹 後來人們把這個規律稱為哈勃定律 這是現代宇宙學最重要的觀測基礎之一 到這裏 一切似乎都很順利 我們知道宇宙在膨脹 知道它已經膨脹了大約138億年 甚至還能測出膨脹速度 但真正尷尬的是 科學家仍然不知道宇宙為什麼要膨脹 這裏一定要區分兩個問題 第一個問題是 宇宙是否正在膨脹 答案幾乎可以確定 第二個問題是 宇宙為什麼會膨脹 答案是 目前沒有公認結論 這也是現代物理學最前沿的問題之一 更令人意外的是 1998年 人類又發現了一件更加離譜的事情 原本大家以為 宇宙中的物質會通過引力互相吸引 所以膨脹速度應該越來越慢 結果觀測卻發現 宇宙不僅沒有減速 反而在加速膨脹 就好像你把一個球拋出去 本來它應該越飛越慢 可它卻越飛越快 是誰在不斷給它加速呢 為了描述這種現象 科學家提出了一個 今天幾乎家喻戶曉的名字 暗能量 注意 我這裏用的是描述 而不是發現 因為很多人誤以為 暗能量已經被找到了 其實並沒有 暗能量更像一個標籤 或者一個名詞 它真正表達的意思是 一定存在某種我們還不知道的機制 讓宇宙越來越快地膨脹 至於它究竟是什麼 沒有人知道 目前的宇宙學模型認為 暗能量大約佔整個宇宙 總能量密度的68% 也就是說 宇宙裏佔比最大的組成部分 我們至今不知道它是什麼 聽起來是不是有點魔幻 那麼暗能量會不會是真空本身 這也是很多物理學家關注的方向 我們平時理解的真空是空無一物 但量子物理告訴我們 真空並不平靜 它像一片不斷翻湧的海面 微觀層面充滿各種量子漲落 粒子和反粒子會不斷出現 又迅速湮滅 因此有科學家提出 真空本身可能具有一種固有能量 如果這種能量均勻存在於整個宇宙 它就可能表現出一種 讓空間不斷伸展的效應 聽起來很合理 對吧 可問題又來了 按照理論計算得到的真空能量 竟然比宇宙實際觀測到的 大了約10的120次方倍 這是理論物理中最著名的矛盾之一 如果理論值是對的 今天的宇宙根本不可能形成星系 恆星 更不用說生命 所以科學家只能承認 我們的理論還缺了一塊 還有另一種思路 會不會我們理解引力的方式 本身就不完整 歷史上 牛頓的引力理論曾經被認為 放之四海而皆準 後來 愛因斯坦用廣義相對論告訴我們 引力並不是一種傳統意義上的力 而是時空彎曲的表現 那麼 在整個宇宙的尺度上 引力會不會還有我們沒有發現的新規律 如果答案是肯定的 那麼今天所謂的暗能量 也許根本不存在 只是我們用現有理論 解釋不了宇宙的行為 目前已經有不少修正引力理論 試圖解釋宇宙加速膨脹 但它們都還缺少足夠的觀測證據 因此還不能取代現有模型 說到這裡 我想提出一個完全屬於思想實驗的問題 請注意 下面不是科學結論 而是一種幫助思考的假設 我們一直認為 是宇宙在變大 有沒有一種可能 真正變化的並不是宇宙 而是我們測量宇宙的尺度 就像一把尺子 如果它自己也在緩慢變長 而你並不知道 那麼你測量出的世界 會不會看起來像是在不斷縮小或擴大 當然 以目前的觀測來看 這種設想並不能解釋 我們已經看到的各種宇宙學證據 因此並不是主流理論 但它提醒我們一件事 有時候一個問題之所以難 不一定是因為答案太複雜 而是因為我們提問的方式 可能就錯了 最後 再留下一個比宇宙 為什麼會膨脹更大的問題 如果時間倒流 所有星系都會越來越近 整個宇宙會回到一個極端 高溫 高密度的早期狀態 那麼 在那之前呢 是誰按下了宇宙膨脹的開始鍵 是一次量子漲落 是真空的不穩定 還是我們的宇宙 只是一個更大宇宙中的一部分 沒有人知道 直到今天 科學家能夠精確預測宇宙如何演化 卻依然無法回答它為什麼會開始 也許 這正是科學最迷人的地方 它不是把所有問題都回答了 而是在沒找到一個答案之後 又打開了十個新的問題 那麼 我也把這個問題留給屏幕前的你 如果有一天 人類真的找到了宇宙膨脹的根本原因 你覺得會發生什麼 A 暗能量最終會被證實存在 B 愛因斯坦的理論需要被修正 C 宇宙之外 還有一個更大的世界 D 你有自己的猜想 歡迎把你的想法留在評論區 我們一起討論