霍金《時間簡史》的第一章名字叫「我們的宇宙圖像」
這一章的開篇,講了一個老婦人認為地球是一個「馱在一隻巨大烏龜上的平板」,而整個宇宙,就是一隻烏龜馱著一隻烏龜的烏龜塔,以現在的眼光來看,老婦人的這個宇宙模型是非常荒謬的,但真正的宇宙模型,要遠比烏龜塔抽象,甚至「離譜」。
20世紀初,一位名叫埃德溫.哈勃的物理學家通過分析星系光譜,得出了「大部分星系都在遠離地球」這一結論,而後愛因斯坦根據這一結論,修正了自己的廣義相對論引力場方程,刪掉了其中用於「維持宇宙穩恆態」的宇宙學常數。
哈勃發現的宇宙膨脹,還為當時的宇宙大爆炸理論提供了第一個強有力的證據,讓這一理論得到了科學界的正視,加上後來宇宙微波背景輻射的發現,和氫元素豐度的研究,今天的宇宙大爆炸理論,已經成為了目前解釋宇宙形成與演化,最精準的理論。
為了紀念哈勃的貢獻,科學界將宇宙膨脹的速度命名為「哈勃常數」,但它並不是一個真正的不變常數,因為受限於測量技術,哈勃常數在最開始那段時間裡被反覆更新,甚至直到今天,哈勃常數的校準工作也仍在進行。
而比起哈勃常數的校準,科學家們更關心宇宙膨脹的「未來」
因為根據萬有引力和廣義相對論,宇宙大爆炸之後的膨脹不可能永遠持續下去,畢竟引力還在大尺度上發揮著作用,所以當時的科學界認為宇宙膨脹應該是一個減速過程,足夠長的時間過後,宇宙將在引力的作用下停止膨脹,甚至是在引力的作用下轉為收縮態。
但1998年,亞當裡斯的觀測事實表明,宇宙膨脹遠非科學家們想像的那麼簡單
簡單來說,亞當裡斯的研究團隊發現la型超新星的天體,可以憑藉其恆定的光度,成為宇宙尺度上的「標準燭光」,也就是說通過觀察不同距離的la型超新星,亞當裡斯團隊就能確定宇宙膨脹的減速率究竟是多少。
然而最終的結果是一個負數,宇宙膨脹的減速率竟然是一個負數...
這個負號說明宇宙膨脹根本沒有減速,而是在不斷加速,當時的科學界認為這種「違反萬有引力」的加速行為背後,是一種被稱為「暗能量」的東西在作怪,它佔到了宇宙質能總量的68.3%,因此在大尺度上抵消並「壓過了引力」,最終導致了宇宙的加速膨脹。
怎麼樣?這個「暗能量」是不是很熟悉?
用現在的眼光來看,暗能量的性質和當年愛因斯坦在初版廣義相對論中,加進去的「宇宙常數」完全一致,只不過愛因斯坦當時的宇宙常數和暗能量相比,還是太小了,愛因斯坦當時只想著讓宇宙常數在大尺度上抵消引力,進而讓宇宙保持一個不會在引力作用下坍塌的穩恆態。
但實際上的「暗能量」,不但在大尺度上抵消了引力,而且還壓過了引力,使得我們的宇宙加速膨脹,這一點可能連愛因斯坦也沒想到,或者說沒敢想到,畢竟憑空假設出一個佔宇宙質能總量68.3%的暗能量,對任何一個理論物理學家來說都是難以想像的。
現階段的觀測證明了宇宙的加速膨脹,也證明了距離地球越遠的星系,遠離地球的速度就越快,按照目前的推論,如果宇宙一直這麼加速膨脹下去的話,星系之間的距離將會越來越大,超大規模的天體系統,
比如巨引源或者室女座超星系團,將首先被宇宙膨脹的力量撕開,隨著時間的推移,星系團和星系群也會被撕開,最後宇宙中每個原子都會被撕開。
總結
引發宇宙加速膨脹的罪魁禍首,目前看來就是暗能量,但可惜的是人類現在對暗能量還一無所知,除了宇宙加速膨脹本身這一反常現象外,目前還沒有其他跡象,能強有力證明暗能量是存在的。
所以在未來,暗能量也可能會被推翻。