霍金《时间简史》的第一章名字叫“我们的宇宙图像”

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这一章的开篇,讲了一个老妇人认为地球是一个“驮在一只巨大乌龟上的平板”,而整个宇宙,就是一只乌龟驮着一只乌龟的乌龟塔,以现在的眼光来看,老妇人的这个宇宙模型是非常荒谬的,但真正的宇宙模型,要远比乌龟塔抽象,甚至“离谱”。

20世纪初,一位名叫埃德温.哈勃的物理学家通过分析星系光谱,得出了“大部分星系都在远离地球”这一结论,而后爱因斯坦根据这一结论,修正了自己的广义相对论引力场方程,删掉了其中用于“维持宇宙稳恒态”的宇宙学常数。

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哈勃发现的宇宙膨胀,还为当时的宇宙大爆炸理论提供了第一个强有力的证据,让这一理论得到了科学界的正视,加上后来宇宙微波背景辐射的发现,和氢元素丰度的研究,今天的宇宙大爆炸理论,已经成为了目前解释宇宙形成与演化,最精准的理论。

为了纪念哈勃的贡献,科学界将宇宙膨胀的速度命名为“哈勃常数”,但它并不是一个真正的不变常数,因为受限于测量技术,哈勃常数在最开始那段时间里被反复更新,甚至直到今天,哈勃常数的校准工作也仍在进行。

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而比起哈勃常数的校准,科学家们更关心宇宙膨胀的“未来”

因为根据万有引力和广义相对论,宇宙大爆炸之后的膨胀不可能永远持续下去,毕竟引力还在大尺度上发挥着作用,所以当时的科学界认为宇宙膨胀应该是一个减速过程,足够长的时间过后,宇宙将在引力的作用下停止膨胀,甚至是在引力的作用下转为收缩态。

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但1998年,亚当里斯的观测事实表明,宇宙膨胀远非科学家们想象的那么简单

简单来说,亚当里斯的研究团队发现la型超新星的天体,可以凭借其恒定的光度,成为宇宙尺度上的“标准烛光”,也就是说通过观察不同距离的la型超新星,亚当里斯团队就能确定宇宙膨胀的减速率究竟是多少。

然而最终的结果是一个负数,宇宙膨胀的减速率竟然是一个负数...

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这个负号说明宇宙膨胀根本没有减速,而是在不断加速,当时的科学界认为这种“违反万有引力”的加速行为背后,是一种被称为“暗能量”的东西在作怪,它占到了宇宙质能总量的68.3%,因此在大尺度上抵消并“压过了引力”,最终导致了宇宙的加速膨胀。

怎么样?这个“暗能量”是不是很熟悉?

用现在的眼光来看,暗能量的性质和当年爱因斯坦在初版广义相对论中,加进去的“宇宙常数”完全一致,只不过爱因斯坦当时的宇宙常数和暗能量相比,还是太小了,爱因斯坦当时只想着让宇宙常数在大尺度上抵消引力,进而让宇宙保持一个不会在引力作用下坍塌的稳恒态。

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但实际上的“暗能量”,不但在大尺度上抵消了引力,而且还压过了引力,使得我们的宇宙加速膨胀,这一点可能连爱因斯坦也没想到,或者说没敢想到,毕竟凭空假设出一个占宇宙质能总量68.3%的暗能量,对任何一个理论物理学家来说都是难以想象的。

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现阶段的观测证明了宇宙的加速膨胀,也证明了距离地球越远的星系,远离地球的速度就越快,按照目前的推论,如果宇宙一直这么加速膨胀下去的话,星系之间的距离将会越来越大,超大规模的天体系统,

比如巨引源或者室女座超星系团,将首先被宇宙膨胀的力量撕开,随着时间的推移,星系团和星系群也会被撕开,最后宇宙中每个原子都会被撕开。

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总结

引发宇宙加速膨胀的罪魁祸首,目前看来就是暗能量,但可惜的是人类现在对暗能量还一无所知,除了宇宙加速膨胀本身这一反常现象外,目前还没有其他迹象,能强有力证明暗能量是存在的。

所以在未来,暗能量也可能会被推翻。

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