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第八节 宇宙演变

人们对宇宙的了解是极其渴求的,甚至有人希望可以将对宇宙的认知达到量子起落,也就是粒子之前,此时的量子涨落可以说是宇宙中最大的。但正如之前所讨论的那样,大爆炸理论只能接受我们追溯到开始以后的数微秒,也就是宇宙的演化直到它仅仅是基本粒子混合物的那一刻。我们可以利用观测红移来测算大爆炸以来宇宙的膨胀。红移与膨胀成正比例关系,换言之,天体发光的红移越大,来自该辐射发出的宇宙膨胀就越多。辐射的发射时长取决于宇宙钟的定标,即红移和时间的关系。通过光

速将时间转变为距离,由此来确定宇宙的空间是平直的还是弯曲的。哈勃常数的值可以利用HST和其他望远镜来测算,其准确率在10%左右,而它的一个参数则确定了现在膨胀时标,红移和距离之间的关系也因此而得以表示。

只有了解了膨胀随着时间加减速的方式,才能从哈勃常数的测量值中推算出宇宙的年纪。那么,是什么决定了宇宙的膨胀历程呢?其中包括宇宙中物质的总密度,也就是普通物质和暗物质,还有可能的非零“宇宙学常数”,此常数其实就是宇宙中暗能量的一个代表。宇

宙的几何性质,将来的命运,换言之,就是宇宙是会无止境地膨胀下去,还是最终崩塌,均取决于这些数值。

关于暗物质有这样的一个发现历程。起初,有人挖掘出一个方法,可以通过Ia型超新星亮度下降的速率来界定它的光度。有了光度就能利用亮度来计算出到超新星的距离。显示的结果是,如此弥远的超新星在视觉上比最初想象的还要暗,也就是说宇宙的膨胀快速前进着。加上一些其他的数据,通过对超新星的观察和测算得出:暗能量的占比可能是物质和能量总密度的70%。然后,通

过对宇宙微波背景涨落,证明宇宙确实是平直的,那么物质和能量的总密度就只能是它的临界值。根据星系团的质量估计,宇宙的物质密度大约是临界值的30%,那剩余的70%就只能是暗物质的占比。由此可见,暗物质是通过两组分别观测才得以问世的。再加上上述测算出的哈勃常数值,以及物质和能量的估算数值,就能得出宇宙大概有140亿年的岁数。

暗能量的存在得以证明,而且还研究出了它的密度可以与物质进行竞争,可以说,这个发现是物理上的一个基本性的重大突破,意义非

凡。宇宙微波背景观测可以为宇宙学提供更加精密的参数值,当然包括普通物质在内。采用LSST来挖掘出更多的超新星,利用地面或是其他空间望远镜观测,计算出更加准确、灵活的数据,从而达到高标准的宇宙时钟的界定。那么,这个时候我们夜以继日需要探讨的问题就变成了宇宙常数的界定,比如,它是爱因斯坦设想中的确实存在的常数,还是一些广泛传阅的理论下的一个随着时间变化的产物。总之,未来的人们会脑洞大开,竭力开拓新的知识层面,为宇宙学创造出更多的层面和可能。

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