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    宇宙未来什么样?天体学家说由“暗能量”说了算
    2016-01-27 08:57:44 作者:
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    江旋

    最近,在朋友圈里关于第十三个星座“蛇夫座”的文章再度引起了疯狂转发,这或许只是再次验证了一件事儿:站在地球上的人们会对头顶上的星空百般好奇。但是,即便是在最晴朗的天气下,我们看到的星空对于宇宙来说,也只是非常渺小的一点。

    你无法想象它有多渺小,尽管看上去是那么的巨大和遥远。在科学界的所有已知中,宇宙所能观测到的恒星、行星和星系,加在一起的总质量还不到整个宇宙质量的4%,其余超过96%的部分是由一些神秘的物质组成的,即便是借助最高端的工具,科学家们也看不到,探测不到,甚至无法想象出它们的模样。

    这超过96%的神秘物质科学界把它们称为暗物质和暗能量。对这些物质和能量的研究在天体物理学家看来,是通往宇宙未来的一条必经之路。

    宇宙未来的几种可能模式

    天文学家第一次提到“暗物质”这个词是20世纪30年代。在将近一个世纪的时间里,科学家们对暗物质的组成想到了很多可能性,也提出了相应的探测方法。但遗憾的是,它的答案至今仍然不知道会出现在哪条路的终点。

    但努力仍在继续。2015年12月17日,我国一颗名为“悟空”的暗物质粒子探测卫星在酒泉发射升空。这是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。业内人士解释其原理是,暗物质粒子可能会因为碰撞湮灭或衰变,而发出宇宙射线,我们就可以通过这些宇宙射线产生的痕迹,即特定能谱来探测暗物质。

    那么,对于暗能量的探索又意味着什么呢?近日,著名天体物理学家张双南在向公众描绘宇宙未来将会如何发展时说道:“这仍然是一个我们无法理解的事情,因为它的背后藏着一个最重要的问题:主导宇宙加速膨胀的暗能量到底是什么?”

    张双南说,在爱因斯坦广义相对论的框架下,国际科学界对暗能量的研究进行得非常多,但现在还处在不能理解的状态。

    不过,在现有的知识体系下,合理推论倒是可以尝试的。因此,天体物理学家的工作往往也会被电影艺术进行演绎,用更为通俗和奇幻的姿态展现在人们面前,勾起人类对未知宇宙的好奇。

    张双南向公众介绍了宇宙未来的几种可能模式:一种模式是将来膨胀会停止,宇宙会塌缩起来,重新回到一个起点。第二种模式是所谓一个临界的膨胀,即膨胀得恰好比较合适,达到一个临界点的平衡。第三种模式是继续加速膨胀,越来越快,最后星系和星系之间的距离越来越大。

    “这还不是最可怕的,最可怕的是大撕裂,如果暗能量的性质有一种非常特殊的行为的话,我们未来的宇宙可能会出现大撕裂。大撕裂的意思是说不仅仅星系和星系之间的距离会变得越来越远,星系里面的每个天体之间的距离也会变得越来越远,星系会被撕裂掉,甚至于组成我们身体的原子都会被撕裂开。”

    这种状态光是想象就已经非常恐怖了。不过,对于脑洞大开的科幻电影工作者来说,或许这也是一个不错的题材和启发。

    宇宙观的演变和挑战

    尽管宇宙的未来仍然不可测,但它的过去和现在正在随着一代又一代宇宙观的演进而逐渐清晰。

    张双南介绍,首先出现的是古希腊人的宇宙观,即地心说。地心说很符合当时的天文知识。但是后来的天文观测,观测到了行星逆行的现象,这个现象不能用地心说解释,所以直接印证了这个理论的缺陷。

    而哥白尼的日心说是人类宇宙观第一次大飞跃。它解释了当时所有的天文观测现象,是一个全新的宇宙观。但后来日心说又很快就被证伪了,发现它不符合新的观测事实。人类宇宙观的第二次大飞跃是发现了太阳系不在银河系的中心,尽管太阳是太阳系的中心,但是太阳不是银河系的中心。

    第三次飞跃则是哈勃望远镜观测到了不同星系的类型,这些分类我们至今都在使用。哈勃认识到宇宙其实是浩瀚无边的。

    不仅如此,哈勃的宇宙膨胀学说弥补了浩瀚无边的宇宙理论的缺陷,提出了新的观念。在这之前大家认为宇宙是静止的,现在知道了宇宙是膨胀的,成为第四次飞跃。

    再晚一些,有两位工程师,彭齐亚斯和威尔逊,他们意外地发现不仅仅是银河系,所有宇宙的方向上面都探测到了射电的信号,这些信号来自于宇宙大爆炸的时候,证实了宇宙大爆炸的起源,这是人类宇宙观的第五次的飞跃。

    第六次飞跃则是1998年时,三位非常年轻的天文学家本来是要研究宇宙膨胀如何减速的,却意外发现宇宙的膨胀其实是在加速进行。这就意味着,如果一百年前爱因斯坦发现的广义相对论理论是正确的话,我们今天的宇宙加速膨胀是被暗能量驱动的。宇宙天体之间的膨胀速度、分离速度越来越快,这也给已知的宇宙观带来了非常大的挑战。

    “我们可以看到,每一次(新的发现)都是对以前观念的缺陷的弥补,每一次新的观念都是我们认识宇宙的一次飞跃。”张双南说道。

    研究宇宙的行为本身也能够创造商业价值。

     

    2006年,美国航天管理局下属的商业航天运载办公室发布了《商业空间运载项目对美国经济的影响》研究报告,该报告运用区域投入-产出模型研究了商业空间运载产业(发射工具制造、卫星制造、地面装备制造、卫星服务、遥感、配送产业)对美国主要产业部门的影响,研究表明:商业空间运载产业对美国经济带来的直接效应为166亿美元,间接效应为463亿美元,商业航天运载及衍生产业对于相关产业的短期带动乘数为5.89。

    国外学者在研究航天产业对经济增长的长期贡献时,采用的一般方式是:先运用生产函数测定科技进步对经济增长的贡献,再测算航天科技投入对科技进步率的贡献,然后测算出航天科技投入对经济增长的贡献。或许对于人类来说,宇宙观的革新也绝不仅仅是满足对未知的好奇,谁也不知道哪一天我们是否需要像《星际穿越》描绘的那样,穿越浩瀚的宇宙去寻找那孤独的第二故乡。

            责任编辑 李英
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