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世界膨脹與暗能量︰愛因斯坦终究是否犯下终身最大錯誤

发布时间:2020-04-06 06:24:19  阅读:7054+ 作者:责任编辑。王凤仪0768

爱因斯坦在1916年正式宣布广义相对论之前,国际被遍及以为是物理国际的一个布景舞台。广义相对论描绘时刻、空间、物质、能量的互动,把国际由布景变成了主角。爱因斯坦本来并不信任国际可以胀大或许缩短。纵使他知道他亲手推导发现的方程式显现了一个必定结果:国际不是在胀大便是在缩短,他觉得这是不或许的。数学逻辑自身不或许犯错,但爱因斯坦也信任自己的推导没有错。因此,他只好在他的方程式参加一个人为的、不影响方程式正确性的项,便是所谓的国际常数(cosmological constant)。

爱因斯坦场方程式(Einstein field equations)。这是一组十式独立的方程式,描绘时空、物质和能量的互动,其数学解能告知咱们国际怎么演化。赤色方格内的项便是国际常数。

由于重力只能招引、不能排挤,国际不或许是停止的。想像一个抛向半空的球,它不是正在上升便是在下降,除了由上升变成下降的一会儿和撞到地上之外,球在重力的影响下必定在运动。在星系的巨大规范,国际只由重力分配,因此亦必定在运动。

引进国际常数的爱因斯坦以为这样就能处理他的问题:使国际停止。国际常数有著与重力相反的性质:使物质相互排挤。爱因斯坦以为充溢物质的国际在重力的影响下会缩短,因此参加国际常数去平衡重力的招引,期望得到一个停止的国际。

但是,哈勃(Edwin Hubble)发现星系正在相互远离,并且越悠远的星系撤退的速度就越快。这只能有两个解说:要麽地球是国际的中心、要麽国际正在胀大。当爱因斯坦知道哈勃的发现后,他懊悔在广义相对论方程式裡参加了人为的国际常数(撒播他说过这是他「一生中最大的过错」的故事应该是假的)。哈勃更约请爱因斯坦到他坐落美国加州的巨型天文望远镜,让爱因斯坦亲眼看到国际胀大的依据。哈勃和爱因斯坦运用威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)的100吋望远镜调查国际。这是其时国际最大的望远镜。

在今日,国际常数有一个更性感的姓名,叫做暗能量(dark energy)〔编按︰两者有别离,详见跋文〕。1998年,三位天文学家Saul Perlmutter、Brian Schmidt和Adam Riess带领的研讨发现国际不单正在胀大,并且胀大正在加快。这是一个十分严重的发现,连诺贝尔物理奖也罕有地在2011年颁给这三位天文学家(由于天文学研讨很难有实践使用)。暗能量、或许国际常数,因此在上世纪末从头复生。一个正在加快胀大的国际,比一个停止的国际需求更巨大的国际常数(事实上,即便有国际常数,国际亦不或许停止)。

国际加快胀大变成了规范的教科书内容。国际加快胀大的依据来自调查悠远星系中的超新星迸发。超新星迸发是一颗恆星逝世的信号。超新星也有不同的品种,其间一种叫做Ia型的超新星迸发时所开释的能量是(差不多)固定的,所以透过丈量Ia型超新星迸发的视亮度就能计算出其间隔。原理就如蜡烛火光,放在比较远的间隔看起来就会比较暗、放在比较近的间隔看起来就会比较亮堂。

Saul Perlmutter、Brian Schmidt和Adam Riess带领的研讨发现,相对于一个加快或减速胀大的国际,Ia型超新星迸发的视亮度比预期的暗太多了。换句话说,这些Ia型超新星坐落比预期更悠远的间隔;换句话说,国际在加快胀大。

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