宇宙学心脏上的黑暗虚空(2)

它们不过是闪烁的尘埃，是宇宙真相中不起眼的点缀而已。图片来源：NASA

　　最大的错误

　　爱因斯坦在他自己建立的第一个简化宇宙模型里填满了均匀分布的无碰撞尘埃，结果这个宇宙会在自身引力作用下收缩。他把这种收缩视为一个问题，因此为了避开收缩，他在方程中添加了新的一项，使得真空本身获得了一个恒定的能量密度。它的作用是排斥，因此加入适量的这种“宇宙学常数”，就可以确保宇宙既不膨胀，也不收缩。到了20世纪20年代，当观测表明宇宙确实正在膨胀时，爱因斯坦将他的这个举动称为是他最大的错误。

　　把相对论方程应用于膨胀宇宙的是其他人。他们得到了一个模型：宇宙始于一个密度高到难以想象的小点，膨胀速度则在物质引力的作用下逐渐放缓。

　　这就是大爆炸宇宙学的由来。当时的主要问题在于，宇宙膨胀最终会不会停下来。答案似乎是否定的：宇宙中的物质太少，引力不足以束缚住四散逃逸的星系。宇宙应该会永远向外扩散下去。

　　接下来，宇宙幽灵便开始浮现。第一位黑暗使者早在20世纪30年代就已登门，但直到20世纪70年代末，当天文学家发现星系自转速度太快时，它才被人完全认清。可见物质的引力太弱，根据广义相对论，甚至直接依据古老的牛顿物理学，它们都应该无法维系住这些星系才对。天文学家得出结论，必定存在大量看不见的物质，提供了更多引力来维系星系。

　　暗物质的存在也得到了其他证据的支持，比如星系群的运动以及它们弯曲光线的方式。第一代星系在形成之初，也需要它们帮忙先把物质拉拢在一起。总而言之，暗物质的总质量似乎是可见气体和恒星的5倍左右。

　　但暗物质的成分仍然未知。它们似乎是粒子物理学标准模型之外的东西。尽管我们尽了最大的努力，还是没有在地球上观测到或者是创造出一个暗物质粒子。不过，它对宇宙学标准模型的改变并不大：在广义相对论中，暗物质的引力作用和普通物质完全相同，然而即便有这么多能够产生引力的物质，也不足以让宇宙膨胀停下脚步。

　　第二位黑暗使者引发了一场更深刻的变化。20世纪90年代，天文学家对Ia型超新星的爆发进行了观测，这种方法能够追踪宇宙膨胀的速度，精度远远超过以往。他们发现宇宙膨胀正在加速，似乎有某种斥力作用于整个宇宙，正在全面压制物质间的万有引力。

精确的配方

　　这有可能是爱因斯坦宇宙学常数的再生，即真空中一种能够产生排斥的能量。然而，粒子物理学家仍在纠结，为什么空间本身隐含着这么小的能量密度。于是，富有想象力的理论学家提出了其他想法，比如由尚未发现的粒子产生的能量场，再比如源自可观测宇宙之外或者从其他维度“渗透”过来的作用力。

　　不管这种暗能量是什么，它看起来足够真实。大爆炸后仅37万年，第一代原子形成时释放的辐射，如今已成为宇宙微波背景辐射。微波背景中包含着某种图案，由温度稍高和稍低的斑点构成，分别代表着年轻宇宙中密度稍高和稍低的地方。这些斑点的典型尺度可以用来衡量，空间作为一个整体，被其中的物质及其运动弯曲到了何种程度。结果表明，空间看上去几乎是完全平直的，这意味着所有能够弯曲空间的效应必定都相互抵消掉了。这也意味着，必需要有某种额外的斥力，来平衡由于膨胀和物质引力产生的弯曲。星系在空间中的分布模式也给出了类似的结论。
文章：杜陵遗址 蛇人部落 红王蟹 亚特兰蒂斯城