宇宙是靜止的嗎？膨脹？減速？加速？一個被不斷推翻的宇宙真相

在二十世紀九零年代的天文學家看來 有三件事幾乎是不正自明的嘗試 第一,宇宙正在膨脹 第二,宇宙中所有的物質都在通過引力相互吸引 那麼順理成章的第三點就是 在引力的拉扯下 宇宙的膨脹速度理應正在逐漸變慢 正因爲如此 當時有兩個國際科學合作團隊 給自己定下了一個看似非常明確 甚至有點終極的目標 測量宇宙膨脹正在減速的速度 在他們看來 只要測出這個減速率 就等於掌握了宇宙的命運 宇宙的膨脹會不會只是剛好慢到某一天徹底停下來 還是會慢得更厲害 最終反轉重新彈縮 變成一次迴旋式的大爆炸 但真正震撼的地方在於 1998年 這兩個團隊彼此獨立地得出了同一個結論 而這個答案恰恰與他們最初的預期完全相反 宇宙的膨脹根本沒有在減速 它不但沒有慢下來 反而正在加速 宇宙邪常常會讓人做出一些未經深思熟慮的假設 而這些假設最終都被證明是完全錯誤的 最典型的例子就是地心說 在17世紀初望遠鏡發明之前的2000多年裏 偶爾會有哲學家提出地球讓着太陽轉 而不是太陽讓着地球轉 但絕大多數天文學家只需抬頭看看天空 就能得出結論 太陽讓着地球轉 證據似乎不言自明 但是天文學的大部分歷史 都建立在一個未經深思的假設之上 天空永遠要不可及 就像柏拉圖預言中的囚徒一樣 我們將永遠受制於自身的感知侷限 試圖理解二維天體領域中的運動 而這個領域不過是宇宙中相當於洞穴牆壁的存在 17世紀最初十年望遠鏡的發明 徹底顛覆了這兩個假設 地球圍繞太陽遠行 天空觸手可及 隨後望遠鏡又帶來了一系列發現 這些發現或多或少的與一個又一個 看似不言自明的事實相矛盾 月球上的山脈 木星的衛星 星恆星 星行星 有些假設不僅未經深思 而且簡直令人難以置信 在人類文明史上 怎麼會有人看着土星 卻想着我假設它沒有光環呢 宇宙正在膨脹 這是導致20世紀90年代科學家們 開始尋找宇宙膨脹減速率的主要前提 這一發現出乎所有人的意料 包括兩位使這一發現 不僅成爲可能 而且成爲必然的理論家 第一位是埃塞克·牛頓 他需要做出兩個與直覺相悖的邏輯飛躍 才能得出如此令人震驚的結論 他首先需要想象 宇宙能夠做他顯然沒有在做的事情 探索 然後他需要設想 宇宙正在做相反的事情 膨脹 阿爾伯特·愛因斯坦 是爲宇宙膨脹理論奠定基礎的第二位理論家 他確實也構想過這一理論 1915年11月 他提出了廣義相對論的基本方程 15個月後 他將這些方程應用於 他論文標題中所說的宇宙學考量 根據他的數學計算 宇宙應該隨時間變化而變化 要麼膨脹 要麼收縮 爲了避免這一令人不安的結論 他引入了一個變量L 希臘字母蘭姆達 以平衡它的方程 蘭姆達的值可以根據需要進行調整 以滿足愛因斯坦對完美平衡宇宙的偏好 就如愛因斯坦自己所說 他拒絕相信自己的數學計算 這種錯誤是可以理解的 牛頓和愛因斯坦雖然智力超前 但終究是凡人 他們認爲宇宙是靜態的 即使存在相反的證據 也肯定不明顯 然而證據最終出現了 20世紀20年代初 美國天文學家艾德溫·哈勃 利用位於加利福尼亞州 威爾遜山頂的新型100英寸望遠鏡 觀測了此前望遠鏡所能觀測到的 最遠處的模糊星雲 他使用造父變星作爲距離測量工具 推斷出至少有一些星雲 實際上是位於我們銀河系之外的 島嶼宇宙 星系 接下來他利用這些星系的紅移 不僅推斷出這些星系正在遠離我們彼此 而且還推斷出了它們遠離的速度 這本身就是一項重新定義科學的發現 當哈勃將這些距離和速度 繪製在XY座標圖上時 他發現它們之間存在着直接的關聯 星系距離我們越遠 它們遠離我們的速度就越快 因此宇宙必然在膨脹 比利時天文學家喬治·丟梅特 獨立地得出了同樣的結論 但他並非基於自己的觀測數據 而是基於愛因斯坦的方程 他認爲 如果將宇宙膨脹的過程反推回去 就會追溯到一個原始原子 直到1964年 纔出現了支持這種大爆炸存在的證據 即一種似乎瀰漫於整個宇宙的微波背景輻射 理論學家曾預測這種背景輻射的存在 認爲它是宇宙爆炸起源的遺蹟 儘管最初探測到這種輻射的 兩名貝爾實驗室天文學家 起初將其誤認爲是噪聲 可能是鴿子糞便 附着在它們巨大的喇叭型射電天線上 造成的 然而 附近普林斯頓大學的四位物理學家卻意識到 這一觀測結果 與大爆炸理論的關鍵預測相吻合 六年之後 美國天文學家艾倫·色德奇 將宇宙學定義爲 尋找兩個數字 其中一個數字是當前的膨脹率 而另一個數字 則蘊含着一個未經深思熟慮的假設 正是這個假設 在四分之一個世紀後 激勵了兩支研究團隊 即隨着時間的推移 膨脹速度會減慢 兩個試圖測量宇宙減速的團隊 都沿用了哈勃的方法 將速度與距離繪製在圖表上 它們使用的是一種名爲 超新星的爆炸恆星的亮度 而不是造負變星 兩個合作團隊都預期會發現 與哈勃發現的相同的正相關關係 至少一開始是這樣 然而他們假設在某個距離處 這條線會偏離45度角 向下彎曲 表明超新星的視星 等比在一個 以恆定速度膨脹的宇宙中更亮 因此距離更近 這條線確實偏離了45度角 但它並沒有向下彎曲 而是向上彎曲 超新星的亮度更暗 因此距離更遠 比在一個 以恆定速度膨脹的宇宙中更遠 這兩個競爭團隊得出結論 宇宙的膨脹並沒有減速 而是在某種程度上加速 宇宙學家將導致 這種加速的未知物質 稱爲暗能量 它很快就與暗物質和普通物質 一起成爲標準宇宙學模型的一部分 對宇宙微波背景輻射的觀測 揭示了宇宙的組成成分 通過研究輻射中的模式 科學家們將宇宙質量 能量密度的構成比例 精確到了極高的水平 其中4.9%是普通物質 26.8%是暗物質 68.3%是暗能量 宇宙學家認爲 這個模型是可靠的 但它並非完美無缺 甚至還不完整 什麼是暗能量 什麼是暗物質 事實上 即使經過這麼多年 我們仍然不知道 宇宙的最終命運是什麼 就在今年 位於亞利桑那州的暗能量光譜儀 提供了證據 表明暗能量可能在 宇宙演化的過程中發生了變化 宇宙學家認爲 這些證據令人信服 但其意義 更不用說 它對標準宇宙學模型的影響 仍然難以捉摸 那麼 宇宙學是否正處於 又一次顛覆性變革的邊緣 又一場革命即將到來 如果以史爲鑑 答案是 或許是 對於如今的宇宙學家來說 他們可能正在基於一個 看似無懈可擊 不言自明 卻錯誤的假設進行研究 甚至可能是一個 未經深思熟慮的假設 這樣的事情以前也發生過