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天文理論

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天文理論

“我們從宇宙起源開始講起吧,二十三世紀基礎天文學問題,月林,宇宙的起源是什麽?”羅曦發現自己自從在海研院當過老師之後,就變得有些好為人師了。

“奇點,大爆炸。一個體積無限小,密度無限大,質量無限大,溫度無限高的點爆炸開來,其中包含的宇宙現有所有物質……隨著爆炸的迅速進行,這裏面的物質濃度,溫度,都迅速下降。宇宙的邊界也在迅速擴張,經過了146億年之後,就有了我們現在成宇宙。”白月林說道。

“嗯,我們現在承認的理論也是沿用舊世界的宇宙起源理論,因為兩百年來都沒有更新更正確的理論將其推翻……當然我也不是要推翻它。”羅曦微笑著說道,“那麽,月林,宇宙在不斷擴大,這是我們觀測得到的結果,還是理論推導出來的結果?”

“觀測,好像是哈勃紅移還是藍移……就是說通過觀測,發現星系之間的距離在逐漸變大,關於這個現象最合理飯解釋就是,整個宇宙像是一個氣球——如果星系是氣球表面的點,然後氣球本身在不斷膨脹,那麽這些點的距離就會不斷增加。”

“嗯,基本正確。那麽,我們知道宇宙自從誕生之初就開始膨脹,至今,那麽,以後還會繼續膨脹下去嗎?它會停下來嗎?”羅曦拋出一個問題,讓白月林去思考,“如果宇宙會一直膨脹下去,那麽它最終的結局是什麽?”

“永遠膨脹下去……結局,嗯,或許它在很久很久以後達到一個極限?”這個問題白月林是真的沒有了解過,只是這樣猜測著問道。

“極限,然後呢?停止膨脹?”

“額……我也不太確定。”白月林搖了搖頭,對於她來說,無根據地猜測需要一點想象力,那有一些困難。

“那我給你幾個選項,你猜猜看吧。第一種,宇宙會一直膨脹下去,並且保持膨脹,但因為能量和物質的總量永遠不會改變,宇宙會慢慢冷卻,物質密度越來越小,變成一鍋無限接近清水的稀湯。”羅曦舉起一只手,伸出一根手指頭,說道,“第二種,宇宙會一直膨脹下去,但最終達到一個極限,就像我們之前所說的氣球,啪的一下炸掉,裏面所有的東西都會逃出來,一去不覆返。”

“這個比喻聽起來有些可怕啊。”白月林看著羅曦豎起第二根手指頭,忍不住說道。

“第三種,宇宙會一直膨脹下去,抵達某一個臨界點之後,不會炸開,但是會回彈,迅速收縮,把現在所有釋放出來的物質和能量收回去,最後把它們糅合成為一個新的奇點,開始一次新的宇宙大爆炸。”羅曦豎起最後一根手指,說道,“像是一個輪回,宇宙在這種假設中不斷重覆著穩的創生與毀滅的過程,沒有任何內在和外在的力量可以幹擾或是阻攔。你覺得會是哪一種?”

“這……好像三種都很有道理啊,你如果只跟我說其中的任何一種,並且告訴我這就是宇宙膨脹未來的結局,我想我都不會產生懷疑的。”白月林有些無奈地說道,“但是,這和中子星還有暗物質暗能量有什麽關系?”

“關系很大,羅曦。剛剛我所說的三種理論是舊世界最主流的三種關於宇宙結局的假說,分別是熱寂,大撕裂,還有大坍縮。我們現在還在持續膨脹的宇宙,很可能會選擇三個中的一個作為自己最後的結局,而至於它怎麽選擇,就取決於它自身膨脹速度的變化趨勢了。”羅曦給出了解釋,“如果宇宙以穩定的速度膨脹,那麽它最終會熱寂,如果宇宙以不斷加速的形式膨脹,那麽它最終會撕裂,如果宇宙以不斷減緩的速度膨脹,那麽它最終會進入一種穩定的狀態——但不是停止膨脹,因為那個抑制它膨脹的作用因素還在,而且膨脹的的速度是一個矢量,所以它會反向膨脹,也就是坍縮。”

“哦,那宇宙現在的膨脹形式,是……加速膨脹吧?我如果沒記錯的話,好像以前有了解過。”

“是的,這個結論是很多人都知道的,但是,你知道這個結論是怎麽推導出來的嗎?為什麽宇宙在加速膨脹,到底是什麽在推動它膨脹,這個問題的答案,就會引導我們走向主題啦。”羅曦這樣說道。

“難道……是中子星?”

“怎麽可能,是暗物質和暗能量。”羅曦原本以為白月林會很輕松地給出正確答案,因為這個問題真的不難,在她看來,“我們還在談論舊世界的理論體系,那個時候賽斯格特水晶都沒有出現,關中子星什麽事啊?要不是水晶是態素中子的,我也用不著那麽急地去研究中子星。”

“……可是我又不知道暗物質和暗能量是什麽。”白月林無奈地說道,“我只知道它們是看不見摸不著的,然後,好像說是占據了宇宙物質與能量總量的百分之九十以上。”

“一般人這樣的了解就足夠了,暗物質和暗能量在舊世界只是理論而已,而你也知道,海難前後,包括空島,直到現在,人類文明在天文沒有一點進步,甚至倒退,丟失了許多寶貴的資料和進度。”羅曦嘆了一口氣,說道,“科學是研究未知的學問,所以我覺得認知才是打敗廉貞,這個不可認知星神的最好辦法。首先我希望你記住一點,月林,科學假說的提出,大部分都是為了解釋某種現象,當這種假說通過實驗或是觀測確切證明,才能成為定理或者公理,大家都認為正確的東西。暗物質和暗能量的理論也是如此。”

“哦,所以最開始他們是發現了什麽,然後提出了暗能量和暗物質的假說?”白月林到底是不笨的,聽到羅曦這樣解釋,很快就明白了她的意思,於是問道。

“引力透鏡。宇宙中波經過大質量天體時會被扭曲,呈現出多個像,反之可以根據同樣的物象推導出大質量天體的存在位置,但是經過實地考察發現這個地方不存在天體,那麽存在的質量就只能是暗物質。”羅曦說道,又從白月林手中接過了OPUS的控制權,用手挪齒輪轉移到了另一片星域,打開了視野投頻共享,“我這樣講很空洞,還是實際演示給你看好了。你看這裏,星光燦爛對不對?仔細看看,是不是感覺有點像是一種覆制黏貼?”

白月林盯著羅曦投出來放在熒幕上的畫面仔細觀察,看了一會兒,經過對比,發現真的有一些畫面,特別是幾個光點,看上去真的是一模一樣:“這……也有偶然的吧,宇宙那麽大,那麽多恒星,不同的角度和距離,觀察起來肯定會有一些比較相似的。”

“確實,但是如果這種情況多起來就不是偶然了,你看這個。”羅曦再次切換到另一個星域,但是這次沒有直接用螺母調節,而是輸入了一個她不知道什麽時候背下來的一長串坐標,把畫面拉到了另一片更加誇張的景象——這裏能很明顯地看出三片完全一樣的星雲,像是被PS到了一起,連紋理光暈都是一模一樣下,

“我的天,你不是在用修圖軟件騙我吧?”白月林忍不住說道。

“沒必要,我為什麽要騙你?引力透鏡的現象在宇宙中比較少見,但也很常見,你想找,肯定是可以找到的。剛剛我說過引力透鏡是大質量天體引起的光波扭曲,你看,這裏就有一顆紅巨星。”羅曦從OPUS的基座座位上下來,指著熒幕投頻畫面上一個乒乓球大小的紅點,說道,“這個大小肯定以後肯定是要超新星爆發或者變成中子星的,絕對比太陽的八倍大,先記錄一下……剛剛說了,可以通過引力透鏡反推出附近存在大質量天體,但是某些引力透鏡邊上就是沒有大質量天體的,讓我們回到最開始我給你找的那個點。”

於是白月林用OPUS回到最初羅曦給定的那個點,羅曦讓白月林找,引力透鏡的附近有沒有大質量天體,結果根本沒有。白月林還想爭辯說這個引力透鏡根本沒有剛剛那個誇張,很可能不是一個引力透鏡,就是一個湊巧兩個恒星看起來差不多一樣。於是羅曦滿足了她的要求,給她找了一個引力透鏡非常明顯的兩片一模一樣的星雲連在一起,然後邊上一圈根本不存在大質量天體的例子。

“所以這裏看起來不存在任何大質量天體,對嗎?所以,這裏只能存在看不見的大質量天體,那就是暗物質了。根據這個現象,給出一個假說,能夠解釋這個現象,那麽這個假說就是有意義的。除了引力透鏡之外,還有虛空旋轉,就是觀測某些星系的旋轉速度,代入公式反推質量,理論值比實際觀測值大很多,得出相當一部分質量不可見的結論,這也是暗物質理論的有力支持依據。

“既然暗物質存在,那麽暗能量肯定也存在了。我們現在已經知道了宇宙的年齡和安靜,按照計算可以得出宇宙在進行超光速的並且速度還在不斷增加的膨脹。這個膨脹的源動力就是暗能量了,因為萬有引力,暗物質的存在會讓宇宙受到一個收縮的力,但是宇宙是加速擴張的,所以必然是暗能量對宇宙的外推作用壓過了暗物質。

“總結就是,宇宙中充滿著暗物質和暗能量,它們的總量可以通過覆雜的數學方法,代入我剛剛說的那些數據以及其他觀測的數據求出來,和現在的能夠看到和檢測到的宇宙中物質能量的總量對比一下就可以知道,大概是九倍。宇宙中的物質和能量,看不到摸不著的暗物質和暗能量占據九成,但它們是構成現如今宇宙必不可少的重要組成部分,它們在真切地發揮作用。”

白月林靜靜地聽著,逐漸地理解了:“所以,宇宙中存在暗能量與暗物質……因為看不見摸不著,只有一些對其他可以看見可以摸著的物質能量產生作用,所以才被發現。”

“是的。宇宙在加速膨脹,體積增大,物質包括暗物質的密度下降,但是暗能量的密度始終不下降。暗能量的密度是一個常數,這個常數稍大會讓宇宙在誕生不久後理科撕裂,稍小一些則會讓宇宙在誕生不久後立刻坍縮,變回奇點,進行下一次爆炸。這兩種情況下,宇宙都沒有足夠的時間和空間發展智慧生命。

“所以反過來說,如果智慧生命存在,那麽暗能量密度只能是這個值,這有點像是人擇定理。既然存在,那麽必然符合存在的合理性選擇與條件,所以會是一個唯一的定值。”

空氣有些凝固。

“所以隨著宇宙膨脹,暗能量的總量其實是在增加的,之前我們又得出結論,暗能量是可以推動宇宙加速膨脹的。換言之,暗能量的存在本身推動更多的暗能量生成——宇宙處於一個正反饋加速膨脹的死循環裏,它的加速膨脹已經超過了光速,也超過了我們理解的範疇。”羅曦沈吟道,“講到這裏,我不得不提起一個巧合……舊世界的科學家們傾向於相信宇宙是穩定的,在適合的天文望遠鏡發現宇宙在加速膨脹這一事實之前,一位偉大下物理學家提出了廣義相多論,以場方程來描述宇宙的膨脹。

“在數學推導的過程中,他發現宇宙是加速膨脹的,但這不符合他內心的預期,也會讓問題變得更加覆雜,所以他選擇人為給他的方程打上一個數學補丁,以此來獲得一個穩定的宇宙……這個數字被稱為宇宙常量,它非常小,是一個只比零大一點的數,大概是10的負123次方,而不是預期中的零——零會讓宇宙以減小的加速度膨脹,最終穩定,但是比零大說明會不斷加速膨脹。

“後來,當宇宙正在不斷加速膨脹的事實公布之後,這位科學家也就把這個常數認為是自己的錯誤,從那個方程裏面去掉了。但是我們現在知道,那個所謂的宇宙常量,根據定義,是描述真空零點能,一種瞬間創生又毀滅的動態能量的常量,其實它的本質就是暗能量密度。

“暗能量在宇宙中任何一個位置的密度都是10的負26次方千克每立方米,而宇宙常數是10的負123次……一般來說,我們都是取這兩個數的近似值,精確值的話,為了方便計算都是直接省略。但是如果展開細看的話,就會發現,暗能量密度後面被忽略的數據,在宇宙常數後面的被忽略的部分可以找到一模一樣的數字段。”

“意思是,如果把暗能量密度推算到10的負123次,這些數字和宇宙常數是完全重合的?”白月林問道。

“是的。也許是因為它們本質上在描述同一種東西,然後,我嘗試著一直推算下去,看看這個重合到底會不會結束……結果就是,暗能量密度和宇宙常數的延續正好結束在小數點後兩百萬位。之後我繼續往下推了幾十個數量級,但是都沒有結果,這說明它們在這個數量級完全收斂,後面再也沒有出現除了零以外的數字。”羅曦這樣說道。

空氣有些凝固。

“正好是兩百萬位,不多不少,聽起來很扯,對吧?但其實我們早就得到提示了。剛剛跟你介紹的這些,理論部分我是在航學院的時候學完的,那裏的圖書館正好有資料。只不過直到現在用了OPUS觀測水膜之外的宇宙,確認了這些理論並沒有錯誤,我才敢對你說這些。”羅曦繼續說道,“我最開始推導出來的描述晶體的羅曦常數,0.0641248,之後一直出現零,一直到小數點後第二十六位,然後就出現了和暗能量密度一樣的數字,一直到小數點後123位——緊接著就是和宇宙常量重合的部分。這三個數字,羅曦常數,宇宙常數,暗能量密度,都從小數點後123位開始,一直重合直到兩百萬位結束。

“羅曦常數是用來描述態素中子之間的三維聯系的,包括了位置和連接的信息。但是這個數字卻和描述暗能量本質的兩個常數完全一致……月林,你知道這意味著什麽嗎?”

空氣有些凝固。

“引力透鏡的來源,那些看不見的大質量天體,就是暗物質,也就是態素中子構成的中子星,虛辰。”羅曦最終拋出了自己的結論,“暗能量就是虛辰的能量,星圖繪星的連接,暗物質的粒子形式,就是態素中子。”

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