膨胀的宇宙将毁于“火”还是“冰”

伤我心太深

绘图：黄联勇 图片作者： 布赖恩·施密特（美/澳） 图片作者： 亚当·里斯（美国） 图片作者： 图片作者：

本报首席记者 张懿 “有人说世界将毁灭于火，有人说将毁灭于冰……”20世纪美国著名诗人罗伯特·弗罗斯特写于90年前的如上诗文，在昨天受到了诺贝尔基金会的垂青。但这与文学奖无关，而是本届诺贝尔物理学奖公报的开篇引文。 瑞典皇家科学院4日宣布，将2011年诺贝尔物理学奖授予美国科学家索尔·珀尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯，因为他们“通过观测遥远超新星而发现宇宙加速膨胀”。 宇宙——这是对我们所处世界所作的多么宏大的描述。但它可归于三个简单而又极其复杂的本原问题：“我们从哪里来，到哪里去，我们是谁？”哲人、诗人和物理学家都以自己的方式回答。发现“宇宙的加速膨胀”，至少从某种角度接近了答案。 弗罗斯特的这句诗，早已成为宇宙学家的警言妙句。那么，宇宙的结局到底是“火”还是“冰”？ 度量宇宙的巨尺 如果打个粗略的比方，宇宙就是桌球台上的一堆球。按照现代宇宙学知识，大爆炸后，“宇宙球堆”就像受撞击而散开。但无论是常识、还是传统模型，这堆球散开的速度会越来越慢——因为受到台面的阻力。同样，星系间则有引力。 这是“宇宙减速膨胀”理论描述的世界。但今年获奖的发现颠覆了它：球居然越滚越快了。 1998年，两个研究团队公布类似发现：宇宙在加速膨胀。两个团队的核心人物就是索尔·珀尔马特，以及布赖恩·施密特和亚当·里斯。珀尔马特得到今年1/2的诺贝尔物理学奖金，施密特和里斯分享另一半。 要认识宇宙膨胀，必须有一把巨尺。物理学家的方法异常巧妙：就像烛光，越远越暗，亮度与距离平方成反比。他们发现，有一类被称为Ⅰa的超新星在爆发时，都发出同等亮度的光，在瞬间爆发出相当于十亿个太阳的峰值光度。这种强光能历时数十亿年，穿越茫茫宇宙而被今人发现。 珀尔马特曾在一次采访中承认，当时他的团队只是为证实宇宙减速膨胀。但观察发现，Ⅰa超新星的实际距离比经典理论得出的结果更远。也就是说，宇宙膨胀在加速。珀尔马特说，当时他们用了9个月来审视数据，最终不得不接受这一事实。类似的结论施密特和里斯也得到了。这两个团队总共分析了近50颗超新星，这一发现入选当年《科学》杂志年度十大科技进展。 这个发现之所以能震惊世界，原因就在于如果只有万有引力的作用，宇宙膨胀本该是减速的，那么，世间究竟还存在什么未知的力量，让“球越滚越快”？ 世界的大部分未知 “万有引力实际上是一个翻译错误。”上师大天体物理研究中心主任李新洲教授告诉记者。宇宙加速膨胀似乎表明万物间还有斥力。事实上，万有引力的英文“gravity”并没有单向的“吸引力”的意思。 为了解释加速膨胀，科学家设计出许多假说，影响最大的就是“暗能量模型”。暗能量是对未知物质形态的描述。我们熟悉的世界——地球、星辰和身边万物，都是由可见的物质构成的，另一种超然于常规物质的是“暗物质”。物质和暗物质是由基本粒子构成，相互间有引力；但让宇宙加速膨胀的斥力则源自“暗能量”。 理论物理学推算认为，如果用暗能量解释，那么宇宙的74%是由暗能量构成，22%是暗物质，而可通过常人直觉和经典理论描述、印证的物质只占4%——事实上，我们对绝大部分世界懵懂无知；在1998年超新星实验前，根本没人意识到约占3/4的暗能量世界的存在。 复旦大学教授、理论物理学家苏汝铿告诉记者，暗能量并非是宇宙加速膨胀的唯一解释，另外还有数十种模型，其中包括修正广义相对论，但迄今没有任何模型堪称完美：“也许广义相对论只在有限的世界中适用，我们和爱因斯坦一样，都是坐井观天的青蛙。”但无论如何，1998年的发现，改变对世界的认识。 苏汝铿说，宇宙学已进入黄金时代。过去10年的诺奖，有3次归属该领域。过去20年，人类研究宇宙的能力不断提高，数据也越来越多。李新洲说，1998年超新星的观测结果迄今已至少得到了另三种其他实验的印证。可以说，加速膨胀已是“板上钉钉”，但原因依然百家争鸣。 我们的未来会怎样？ 几十年来的研究公认，宇宙始于大爆炸——或者说“始于火”，那么，它将走向哪里？ 按照宇宙学理论，李新洲用科普的语言回顾了宇宙史：大爆炸启动于宇宙创始后的“10的35次方”（1千亿亿亿亿）分之1秒，持续到“10的32次方”分之1秒，其间，宇宙从10的25次方分之1米胀成了柚子大小，之后是持续的减速膨胀，直到星系形成（大约是70-90亿年前）。之后便是如今的“加速膨胀期”。在宇宙137亿年的历程中，算上大爆炸，一共加速膨胀了2次，当中夹着一次减速膨胀。在减速膨胀期，引力是主流，暗能量的斥力几乎可忽略不计；但随着宇宙演变，暗能量逐渐加大。 目前没人知道现在的这次加速膨胀会不会一直持续。物理学家们提出了一些假说：如果持续膨胀，那么宇宙最终将变成无比寒冷的世界，如同弗罗斯特诗句描述的那样“毁灭于冰”。也有人认为，未来某天，宇宙会减慢膨胀，直至重新收缩，回复到最初的状态，新一轮大爆炸又会来临——这就是“毁灭于火”。 还有一些描述更幻灭：宇宙的膨胀目前虽仅限于星系之间，但终有一天，星系本身也会受暗能量影响，于是，万物渐渐被撕裂成最基本的粒子，目前的一切将不复存在。 李新洲告诉记者，一项以美国为首的研究计划正在南美洲部署新一代观测工具，它能更精确地测算宇宙膨胀的速度变化。也许到那个时候，宇宙的走向会更清晰一些。

宇宙乾坤

我想是毁于冰