探寻宇宙的尽头(一)|宇宙

2016年10月29日15:08:30科学探索107阅读模式

探寻宇宙的尽头

100年前《ScientificAmerican》刊载的一篇关于宇宙大尺度结构的文章,很可能是完全错误的。1908年时,科学家认为我们的星系构成了整个宇宙,称之为“岛宇宙”,意思是我们的星团被孤立在无穷无尽的空洞里。我们现在知道银河系只是可观测的宇宙所包含至少4000亿个星系中的一员罢了。

1908年,科学上的共识认为宇宙是静态永恒的,根本没有人知道宇宙竟会起源于一团霹雳火球,也不晓得元素合成于大霹雳的最初时刻与恒星的内部核心,而空间的膨胀与物质可能导致空间弯曲,更是想都没想过的事情。由于侦测到宇宙诞生并冷却后残留的鬼魅影像,才证实了空间中充满辐射,而探究这些辐射所必须仰赖的科技,也是为了让人打电话回家才发展出来。

在过去一世纪的各学识领域中,很难找到变动比宇宙学还剧烈的,这些变动也确实改变了我们的世界观。但未来的科学是否总能在累积更多的观察基础后,获得更精确的认知呢?我们最近的研究结论认为,从宇宙的时间尺度上来说,答案是否定的。我们可能生存在宇宙极长远的历史中,唯一可以精确理解宇宙本质的年代。

大约10年前的一个戏剧性发现,开启了我们的研究动机。两群美国天文学家追踪过去50亿年间宇宙膨胀的情形,都发现宇宙似乎正在加速膨胀。一般认为真空中的某种新型态“暗能量”是这种宇宙反重力现象的源头。包括本文作者克劳斯在内的某些理论学家,根据间接测量的数据,早已预测到这个结果,但在物理学中,只有直接的观测才算数。加速的宇宙代表着,真空能量几乎是我们今日所观测到一切星系、星系团与超星系团等宇宙结构所含能量的三倍。相当讽刺的是,爱因斯坦为使宇宙保持静止状态而首先提出这种型态的能量,他把那称为宇宙常数。

暗能量对于宇宙的未来,具有极大的冲击。克劳斯和美国凯斯西储大学的宇宙学家史达克曼(GlennStarkman)一起研究了在一个具有宇宙常数的宇宙中,生命的可能命运,他们得到的结论是:情况不妙,这样的宇宙对生命而言是个非常不友善的环境。宇宙常数会造成一个固定大小的“事件视界”。那是个假想的曲面,一旦距离超过这个界限,不论物质或辐射都无法抵达我们所在的位置。这种宇宙就像是个内外翻转的黑洞,物质与辐射被困在视界之外,而非视界之内。这项发现意味着可观测的宇宙只包含有限的信息,因此无法永远不间断地处理信息(与生命)。

但远在这个信息极限真正成为问题之前,膨胀宇宙中的所有物质早已被驱赶到事件视界之外了。这个过程已被当时同在美国哈佛大学的罗布(AbrahamLoeb)与长峰谦太郎研究过了,他们发现所谓的本地星系群(包含了银河系、仙女座星系与一堆相互环绕的矮星系)将会崩塌成一个巨大无比的超级星团,而所有其它的星系则将越过事件视界,完全消失无踪。这个过程大概得花上1000亿年之久,看来似乎很长,但对渺无人烟的终极荒漠而言,其实蛮短暂的。


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