宇宙学心脏上的黑暗虚空

对于我们的眼睛来说，星星即是宇宙。然而对于宇宙学家而言，它们不过是闪烁的尘埃，是宇宙真相中不起眼的点缀而已。有两样难以捉摸的东西，数量远远超过普通的星星和气体，分别被称为暗物质和暗能量。我们对它们一无所知，只知道它们似乎构成了宇宙中的几乎所有一切。
　　这对孪生的幽灵足以让我们暂时停下脚步，思量在过去的一个世纪里，我们仔细建立的宇宙学模型是否正确。还不仅于此。我们的标准宇宙学模型还指出，在大爆炸之后的瞬间，空间就被一种未知的东西拉伸成形，这第三种“暗”成分被称为暴胀场。这可能意味着，在我们视线之外还隐藏着无数其他宇宙，其中的大多数另类得不可思议——而它们的存在，只是为了让我们的宇宙模型能够发挥作用。

　　让我们的观测承载起这些幻影，负担是否太过于沉重？难道真如马克·吐温（Mark Twain）所言，投入一些微不足道的事实，就能收获一大堆猜测不成？

　　标准宇宙学的物理基础是爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦出发点是一个简单的观测事实：任意物体的引力质量完全等同于它的惯性质量，也就是它抵御加速度的能力（参见《牺牲爱因斯坦颠覆相对论基石》一文）。由此，他推导出了一组方程，描述质量和运动如何弯曲空间，以及这种弯曲如何被我们视为引力。苹果落地正是因为地球的质量弯曲时空所致。

　　在地球这种引力相对较弱的环境中，广义相对论的效果看起来跟原先牛顿引力理论的预言非常相似。牛顿理论把引力当成一个作用力，在物体之间瞬间传递。然而，在引力场较强的地方，两者的预言就会大相径庭。广义相对论多出了一个预言：加速运动的物体会在时空结构中产生微小涟漪，被称为引力波。虽然引力波尚未被直接观测，但1974年发现的一对致密脉冲星在相互旋转的过程中正在彼此靠近，就好像它们正在发射引力波，从而损失轨道能量一样。

　　引力在宇宙尺度上是自然界的主导力量，因此广义相对论就成了我们把宇宙当成一个整体，描述其运动及演化的最佳工具。但是它的方程极其复杂，可调节的参数多到让人发悚。如果把一套复杂的参数代入方程，比如真实宇宙中质量和能量纷繁复杂的分布细节，整套方程就会变得无法求解。为了建立一个有效的宇宙学模型，我们做了一些简化假设。

　　最主要的假设被称为哥白尼原理，即我们所处的位置并无任何特殊之处。宇宙在任何地方看起来都应该差不多是一样的——事实上，当我们在足够大的尺度上放眼望去，物质分布确实是相当均匀的。这意味着，爱因斯坦方程只需要代入一个参数就够了，那就是宇宙的物质密度。

对于我们的眼睛来说，星星即是宇宙。然而对于宇宙学家而言，
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