一个天才引发的“世纪混乱”.docVIP

一个天才引发的“世纪混乱” 　　自爱因斯坦提出广义相对论至今，已经有100年了，在过去的一个世纪里，这个伟大的理论颠覆了我们对宇宙景象的认知。现在，就让我们重新回顾一下那些广义相对论里的关键时刻（混乱时刻）吧！ 　　“宇宙常数”被证伪？ 　　用最简单的话解释，这其实是一个有16个自变量、非常复杂的二阶偏微分方程组。手握方程的爱因斯坦继续脑洞大开，在1916年预言了引力波的存在。 　　引力波，是具有大质量的物体相互作用时产生的一种波。那么，如何证明引力波的存在？比如，月亮本来围着地球开心地转圈圈，后来人们发现它离地球越来越远。这是因为地月系统丧失了一部分能量――引力势能通过引力波将这部分能量发射到了宇宙深处。 　　加号后面的那一坨，就是传说中的“宇宙常数”――爱因斯坦设想的未知宇宙能量，它是一个恒量，用来保持宇宙的恒定不变。但后来人们发现，宇宙并不是恒定不变的，而是膨胀的，这就注定了爱因斯坦与宇宙常数之间会有一场相爱相杀的大戏。 　　1919年，亚瑟?爱丁顿在日全食过程中观察到了爱因斯坦的引力透镜效应，超大质量的太阳扭曲了时空，把光的路线都弯折了――原本藏在太阳背后看不到的星星，由于引力透镜改变了光的路径，竟然被爱丁顿发现了。 　　这件事之后，到了20世纪20年代，爱德文?哈勃（哈勃望远镜就是以他命名的）以及其他一些科学家表示，遥远的星系无时无刻不在和我们say byebye――这是宇宙大爆炸膨胀说的第一个线索。不仅如此，亚历山大?弗里德曼和乔治?勒梅特也分别独立发现了爱因斯坦方程的一个解。这个解描述的是一个均匀膨胀的宇宙。 　　至此，爱因斯坦不得不低头承认，在广义相对论方程式中加入宇宙常数是他一生“最大的错误”。就这样，爱因斯坦把宇宙常数一脚踢开，从此生死不复相见。 　　但爱因斯坦真的错了吗？ 　　“宇宙幽灵”是否存在？ 　　此后，关于相对论的研究并没有停止。抛开宇宙常数，人们有了一连串的新发现。 　　1930年，苏布拉马尼扬?钱德拉塞卡提出，特定质量的恒星能够坍缩成密度大到“宇宙第一飞毛腿”光（速度为300000千米/秒）都无法逃离的天体――听着耳熟吗？没错，就是黑洞。 　　1933年，弗里茨?兹威基观察到星系团似乎正在被不可见物质的引力牵引旋转着，这是判定暗物质存在的第一条线索。暗物质，就是那种明明存在却又看不见摸不着，只能靠它们带来的引力证明自己存在的东西，黑黝黝的一团，堪称“宇宙幽灵”。 　　到了20世纪40年代，理论学家预言，如果宇宙是由一个致密炽热的奇点爆炸膨胀而来，应该会留下余烬：宇宙微波背景辐射。 　　宇宙微波背景辐射，就是宇宙大爆炸后残留的余热，就像一锅端下火炉的开水在逐渐变凉，最后残存一点温度。 　　1964年，美国新泽西州贝尔电话实验室。阿诺?彭齐亚斯和约翰?威尔逊在检测一个非常灵敏的微波探测器时，发现探测器不管指向何方，总会有额外的噪音。刚开始，他们以为是探测器上的鸟粪搞的鬼，后来他们发现，不管任何时间、任何方向，额外的噪音几乎都是一样的――这说明这种辐射一定弥漫于遥远的星际空间中，也不会因地球在宇宙中改变位置而有所改变。 　　就这样，这两个家伙竟然误打误撞地发现了宇宙微波背景辐射。这一发现，揭开了相对论的黄金时期。 　　暗能量华丽登场 　　20世纪70年代，人们又有了一系列新证据。薇拉?鲁宾提指出，大部分星系都包含暗物质，否则它们转得那么快，根本说不通啊。1972年，天鹅座X-1辐射出的X射线被发现，这成为恒星坍缩成黑洞的首个证据。 　　1974年，拉塞尔?赫尔斯与约瑟夫?泰勒发现了一对中子星CP，它们亲密环绕并变得越来越接近，以引力波的形式释放能量，与相对论的预测完全吻合。赫尔斯和泰勒因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。 　　同样是在1974年，史蒂芬?霍金提出了霍金辐射的概念：量子效应能使黑洞蒸发出粒子――这说明，尽管黑洞的引力无比强大，但还是有东西能从黑洞里逃出来。 　　到了20世纪八九十年代，人类对宇宙有了更多、更深刻的认识。 　　1980年，阿兰?古斯和其他一些科学家提出，宇宙并不是一直在匀速膨胀，而是在大爆炸后的短暂时期里经历了一个高速扩张的时期，即暴胀阶段，正是这一阶段使宇宙变得平滑――就像一个瘪瘪的气球一下子充满了气，变成了鼓鼓的气球。 　　1989年，NASA发射了宇宙微波背景辐射探测器，观测结果也与预测吻合，进一步支撑了宇宙膨胀理论。然而，到了1998年，对遥远超新星的研究出现了出乎所有人预料的结果：宇宙正在加速膨胀。 　　宇宙竟然正在加速膨胀？这不科学！哪来的动力？把宇宙所有的物质都加上，再加上看不见的暗物质，这动力也不够啊――科学家们集体迷茫了。为了解释这一矛盾，科学家们只能引入明明是莫须有却必须存在的暗能量。