罗伯特·科什纳
如今,几乎每一次科学演讲或天文学研讨均围绕着一个议题在展开:我们居住的宇宙存在着一种神秘力量――暗能量,它占宇宙总量的70%。还有一种神秘的暗物质占了25%。而普通物质――元素周期表中的物质,包括令人关注的物质组合,如星系、恒星、行星和人类,仅占5%。
如果上述情况属实,我们从宇宙中观察到的物质则并非重要物质。换一种方式思考,当远望被白雪覆盖的高山时,你看到的只是白雪,但白雪并非高山。在宇宙沉降中,宇宙的命运要靠暗物质间的“拔河”来决定,通过这种较量试图减缓宇宙的扩张,而暗能量则试图要加速物质的膨胀。我们看到星系的运动是它们在空间延展的结果,通过观察爆炸星系的光线来判断它们的距离,但它们只是潜在真相的路径。
10月5日,两组因发现宇宙膨胀加速是受到暗能量影响结果而分享了本年度诺贝尔物理学奖:他们是负责超新星宇宙学项目小组的索尔·帕尔马特(Saul Perlmutter)与高红移超新星小组的布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)。施密特和里斯是我在哈佛大学带过的研究生,我也参与了这项科学研究。
这两个研究小组在1977年观测遥远的“爆发星”时发现,宇宙膨胀有加速的趋势。但起初两个研究小组都不敢相信这是真的,因为驱动这种加速度所需要的能量让人太不可思议,不免让人嗅出有些“宇宙常数”的味道。宇宙常数被认为是与真空区相关的一种能量,系爱因斯坦在1917年提出的宇宙静态之说,但后来因观测到宇宙是在膨胀,而不是静止的,因此该学说被质疑。
然而,最初的模糊概念仅仅过了十几年,即变成了现在的标准,瑞典科学院大胆地为今年的诺贝尔物理学奖选择了该标准。
选择的过程是怎样的呢?靠的不是论证,而是有说服力的证据。如果宇宙膨胀是暗能量与暗物质在加速与减缓间博弈的结果,则实体对象会在各个时期的汲取过程中留下宇宙膨胀的历史记录。因为光到达地球需要时间,在观测遥远的星球时,我们能够看到过去。在不远的过去(50万年前),我们见到了加速过程。如果我们还能看到更远的过去,起决定性作用的暗物质应当更加密集。
我们该向何处去?我们知道了我们生活在一个正在加速膨胀的宇宙中,大概已经历了137亿年,可是我们并不了解暗能量的性质。我们真正需要的是要找到一种更好的理论方法,但是在我们等待灵感出现的时候,更实际的方式应该是策划出一种更精确的试验,便于讲清楚。毕竟宇宙的70%物质是“暗能量”,而这不过是在十年前才发现的。
科学投入往往取决于技术与经济发展之间的联系,以及国防需求或缓解痛苦的基础之上。因此,不论在何种情况下,即使在银根紧缩的年代,也要做一些科学试验,探究一下世界是由什么组成的以及它是如何演变的,有这一想法就值得赞赏。
资料来源 The New York Times
责任编辑 则 鸣
―――――――
本文作者罗伯特·f科什纳(Robert P. Kirshner),哈佛大学天文学教授,《奢侈的宇宙:超新星,暗能量与加速中的宇宙》一书的作者。