黑能量的秘密

杜娟/編譯

科學(xué)家們認識到，宇宙起源137億年以來，已經(jīng)“長”得越來越大，這種急速膨脹，科學(xué)家稱之為“大爆炸”。

1998年兩組太空學(xué)家對遙遠的星系中正在爆炸的天體即超新星進行觀測，發(fā)現(xiàn)超新星比他們認為的暗淡。這意味著它們的距離比科學(xué)家原來認為的更遠了。造成這種情況的惟一解釋是，宇宙的膨脹在過去的某個時間里加速了。科學(xué)家們觀測到有一種神奇的能量反作用于重心引力，使銀河系的分裂速度越來越快。這就好比從你手上掉下一本雜志，它沒有像通常那樣“落”到地板上，相反，它突然受制于一股未知的引力，“落”到天花板上去了！

起初，科學(xué)家們對這個結(jié)果表示懷疑。也許超新星變暗是因為它們的光被星際塵埃云擋住了，也許超新星本身的光就比科學(xué)家所認為的暗。但是經(jīng)過仔細檢查，所有的解釋都被擱到了一邊，“黑能量”的假說出現(xiàn)了。

其實，有關(guān)反引力的想法并不新鮮。早在80多年前，愛因斯坦就已經(jīng)把這種反引力效應(yīng)包括在他的廣義相對論中了。為了解釋天體不會由于相互間的吸引力而擠到一起，愛因斯坦設(shè)想宇宙中應(yīng)該還存在一種排斥力，它與引力相對抗，從而使宇宙保持穩(wěn)定。他把這個排斥力稱為“宇宙常數(shù)”。

在過去的50年里，黑能量的發(fā)現(xiàn)，成為了科學(xué)界最重要的發(fā)現(xiàn)而引起科學(xué)家們廣泛的討論。最終對它的認知將會影響到我們的日常生活。

21世紀(jì)初科學(xué)最大的謎是“黑物質(zhì)”和“黑能量”。黑物質(zhì)存在于人類已知的物質(zhì)之外，它的構(gòu)成也和人類已知的物質(zhì)不同。在宇宙中，黑物質(zhì)的能量是人類已知物質(zhì)能量的5倍以上。

黑能量更是奇怪，以人類已知的核反應(yīng)為例，反應(yīng)前后的物質(zhì)有少量的質(zhì)量差，這個差異轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。黑能量卻可以使物質(zhì)的質(zhì)量全部消失，完全轉(zhuǎn)化為能量。宇宙中的黑能量是已知物質(zhì)能量的14倍以上。

圍繞黑物質(zhì)和黑能量，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者李政道闡述了他的觀點，他提出了“天外有天”的說法，指出“因為黑能量，我們的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我們的宇宙在加速地膨脹”，且“核能也許可以和宇宙中的黑能量相變相連”。

科學(xué)家已經(jīng)確知，黑能量組成了宇宙的三分之二。因此，在不了解黑能量之前，也不能清楚地了解宇宙。而且，黑能量是不能用標(biāo)準(zhǔn)的物理理論來預(yù)測的，這就意味著已有的基礎(chǔ)理論，也就是對于像電子、中子、夸克，以及它們之間的能量的構(gòu)成理論，需要有一個大的提升。已有的物理學(xué)理論指導(dǎo)現(xiàn)代生活的主要部分，比如電子學(xué)、工程學(xué)和藥理學(xué)。誰知道一個更完全的物理理論會指導(dǎo)人類走向何方？

科學(xué)家們以前也面臨同樣的處境。20世紀(jì)前后，物理學(xué)家認為，他們差不多已經(jīng)知道了自然界的一切。從17世紀(jì)牛頓的自由落體理論開始，科學(xué)家們已經(jīng)成功地解釋了一個又一個自然現(xiàn)象，從動力到光能，到熱能，到聲音，最終到19世紀(jì)晚期的電磁學(xué)。但是從那以后，又發(fā)現(xiàn)了電波和微量原子，而這些現(xiàn)象隨著量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)而得到解釋。今天量子學(xué)主宰了人類的生活，它存在于電腦芯片、醫(yī)療器械、手機、照像機、mp3和其他每一個現(xiàn)代電子裝置中。

現(xiàn)在歷史似乎又在重復(fù)。直到最近，科學(xué)家們還認為我們處在了解所有宇宙學(xué)的邊緣，現(xiàn)在出現(xiàn)了黑能量，是否黑能量會加快21世紀(jì)經(jīng)濟引擎的旋轉(zhuǎn)？就像50年前量子力學(xué)推動了世界經(jīng)濟的發(fā)展一樣。現(xiàn)在作這個結(jié)論也許言之過早，但是歷史是一個指南，以史為鑒，我們清楚我們正處在又一個巨大變革的邊緣。

黑能量的發(fā)現(xiàn)說明科學(xué)不囿于一套固定的理論。相反，科學(xué)家們觀察自然，然后歸結(jié)出理論來描述他們發(fā)現(xiàn)的各種自然現(xiàn)象，事實上科學(xué)是被自然推動的，而自然讓我們沒有選擇的余地。它就是最高法則。

美國自然科學(xué)和能量部門已經(jīng)集結(jié)力量，用太空衛(wèi)星和地面望遠鏡探測黑能量，我們觀察到的黑能量的歷史，將對宇宙未來產(chǎn)生深遠影響。如果黑能量變得越來越弱，重心引力重新占據(jù)主導(dǎo)地位，牽引宇宙成一體；如果黑能量隨著時間的推移變得越來越強，最終將分裂由衛(wèi)星和行星被重心引力牽引組成的銀河系……當(dāng)我們透徹了解了黑能量，我們就可以正確地預(yù)測宇宙的未來。

［編譯自《華盛頓郵報》］