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暗能量之謎 我們認(rèn)識(shí)暗能量已經(jīng)有一些年頭了。1998年，天文學(xué)家在觀察遙遠(yuǎn)的超新星時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們比預(yù)期的要暗。在一個(gè)還在膨脹的宇宙中，雖然隨著超新星和我們的距離在增加，它們的亮度注定是要衰減的，但它們還是暗得太快了一點(diǎn)。這只能用宇宙膨脹在加速來(lái)解釋。 必定存在一種神秘的東西，是它踩了宇宙加速膨脹的“油門”。科學(xué)家把這種未知的東西叫做暗能量。暗能量大約占了宇宙總量的三分之二。根據(jù)近年來(lái)的觀測(cè)顯示，它應(yīng)該均勻地分布在整個(gè)宇宙，其能量密度僅相當(dāng)于每立方米6個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量。搞清暗能量是什么，是當(dāng)前物理學(xué)上的最大課題之一。 對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的辦法是把暗能量解釋為真空能。因?yàn)樗麄兒茉缇椭?，根?jù)量子力學(xué)，真空中充滿著各種此起彼伏的量子場(chǎng)，因此真空也是有能量的。但隨后的計(jì)算卻表明，真空能要比暗能量大差不多120個(gè)量級(jí)。這么大的差距，當(dāng)然是無(wú)法接受的。 遇到這種情況，許多人就放棄這種設(shè)想了。但依然有不少人在頑強(qiáng)地通過(guò)修正理論來(lái)縮小這個(gè)距離。最近有人聲稱，暗能量并非宇宙中某個(gè)真實(shí)存在的實(shí)體，它僅僅是物理學(xué)家們?cè)谟涗浻钪婺芰渴罩胶鈺r(shí)，之前被他們忽視了的某種東西。 但要理解這一點(diǎn)，不得不假設(shè)：我們通常意義上理解的能量守恒，不是任何情況下都成立的。  早在20世紀(jì)初，數(shù)學(xué)家艾米麗·諾特就已證明，物理定律的每一種對(duì)稱性，都對(duì)應(yīng)一條守恒定律。例如，空間平移對(duì)稱性導(dǎo)致動(dòng)量守恒定律，時(shí)間平移對(duì)稱性導(dǎo)致能量守恒定律。時(shí)間（空間）平移對(duì)稱，通俗地說(shuō)，就是物理規(guī)律不隨時(shí)間（空間）的變化而變化。比如眾所周知，沒(méi)有哪條物理定律的有效性會(huì)有一個(gè)截止日期。 不過(guò)，對(duì)能量守恒的質(zhì)疑也并非今日始。之前物理學(xué)家就從微觀和宏觀兩方面提出過(guò)質(zhì)疑。 就微觀方面來(lái)說(shuō)，量子理論認(rèn)為，真空并非真的空無(wú)一物，里面其實(shí)充滿了許多虛粒子；這些虛粒子可以從真空中暫時(shí)借得一部分能量，以獲得“肉身”，旋即湮滅，又把能量歸還真空。雖然從大的時(shí)間尺度來(lái)看，能量似乎還守恒，但從非常小的時(shí)間尺度來(lái)看，能量守恒顯然被破壞掉了。 就宏觀方面來(lái)說(shuō)，廣義相對(duì)論告訴我們，光在強(qiáng)引力場(chǎng)中傳播時(shí)，波長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，此即引力紅移。但是我們知道，光子的能量跟波長(zhǎng)成反比，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，豈不意味著光子的能量下降？可是，光在真空中傳播，并沒(méi)有什么東西偷走能量呀？所以在這里，能量守恒也被破壞了。 這么一來(lái)，似乎又無(wú)話可說(shuō)了。不過(guò)，能量在物質(zhì)之間相互交換，是好理解的，但它是如何在物質(zhì)和時(shí)空之間交換的呢？譬如發(fā)生紅移的光子，是如何把自身的能量傳遞給周圍時(shí)空的？ 法國(guó)物理學(xué)家希伯特·羅賽特試圖來(lái)解決這一問(wèn)題。他認(rèn)為，秘密或許就藏在廣義相對(duì)論和量子力學(xué)交叉的地方。 這個(gè)既涉及廣義相對(duì)論，又涉及量子力學(xué)的地方，本應(yīng)以統(tǒng)一的量子引力理論為奧援，可惜該理論至今付之闕如。一個(gè)重要原因是，量子力學(xué)和相對(duì)論的時(shí)空觀，有著巨大的差異。相對(duì)論認(rèn)為，時(shí)間和空間都是連續(xù)的、平滑的；然而量子力學(xué)卻認(rèn)為，萬(wàn)物都是分立的、一份一份的，倘若深究下去，甚至連時(shí)空本身也是如此。 我們迄今描述物理現(xiàn)象，都假設(shè)時(shí)空是光滑的、連續(xù)的。相對(duì)論告訴我們，任何一個(gè)有質(zhì)量的物體，甚至一個(gè)微觀粒子，都會(huì)讓它周圍的時(shí)空發(fā)生扭曲，扭曲程度依它的質(zhì)量而定（比如，黑洞把它所在的空間就扭曲成了一個(gè)漏斗形）。但倘若時(shí)空真是顆粒狀的，當(dāng)然對(duì)置身其中的物體會(huì)產(chǎn)生影響。就好比一個(gè)鐵球，在一塊厚毯子上滾動(dòng)，從遠(yuǎn)處看，它滾到哪兒，哪兒就陷下去，但從近距離看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)毯子表面并非光滑，而是由一根根直豎的、蜷曲的細(xì)毛組成的，鐵球在運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到細(xì)毛的阻擾而損失能量。羅賽特說(shuō)，顆粒狀的空間對(duì)于運(yùn)動(dòng)粒子來(lái)說(shuō)，就好比摩擦力，粒子的能量通過(guò)這種形式，傳遞給了“毛茸茸”的空間。 如果這個(gè)設(shè)想對(duì)頭，那么自大爆炸以來(lái)，宇宙中的物質(zhì)就在持續(xù)不斷地喪失能量。固然，對(duì)于單個(gè)粒子來(lái)說(shuō)，損失的能量是非常之微小的，用目前的設(shè)備根本無(wú)法探測(cè)，但考慮到宇宙之大，之久，這些積累起來(lái)的能量必定非?？捎^，足可用來(lái)解釋暗能量的起源。換句話說(shuō)，暗能量不是別的，就是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，被時(shí)空損耗并吸收的能量。 能量守恒為我們做過(guò)些什么？ 我們不論朝哪兒看，能量看起來(lái)似乎都在創(chuàng)生或消滅：落體獲得速度；潮汐漲了落，落了漲；被消化的食物似乎不見(jiàn)了…… |
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