黑暗势力扰乱了宇宙吗

丹尼斯·超额

你可能会说，部队发生了骚乱。

很久很久以前，当宇宙只有大约100,000年的历史-嗡嗡作响，不断膨胀的粒子和辐射质量-一个奇怪的新能量场打开了。这种能量使太空充满了一种宇宙反重力，为宇宙的膨胀提供了不那么温和的推动。

然后，又过了100,000年左右，新的领域只是眨眼了，除了加速的宇宙之外，没有留下任何痕迹。

约翰·霍普金斯大学 (Johns Hopkins University) 的少数天文学家颁布的听起来很奇怪的故事也是如此。在过去的一次大胆而投机的飞跃中，团队提出了这个领域的存在来解释一个天文难题: 宇宙的膨胀似乎比它应该的要快。

宇宙的扩张速度仅比理论规定的快9%。但是这种听起来有些细微的差异引起了天文学家的兴趣，他们认为这可能揭示了宇宙的新东西。

因此，在过去的几年中，他们一直在参加研讨会和会议，以寻找以前的测量和计算中的错误或漏洞，到目前为止无济于事。

“如果我们要认真对待宇宙学，这是我们必须认真对待的事情，” 一直在思考这个问题的哈佛理论家丽莎·兰德尔说。

在最近在芝加哥举行的一次会议上，伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的理论家乔什·弗利曼问: “在什么时候我们声称发现了新的物理学？”

现在想法不断涌现。一些研究人员说，可以通过推断以前未知的亚原子粒子的存在来解决这个问题。其他公司，例如约翰·霍普金斯集团 (Johns Hopkins group)，正在调用新的能源领域。

更令人困惑的是，已经有一个力场-称为暗能量-使宇宙更快地膨胀。一份新的有争议的报告表明，这种暗能量可能越来越强大，越来越密集，导致原子被撕裂，时间结束的未来。

到目前为止，没有证据表明大多数这些想法。如果有任何事实证明是正确的，科学家可能必须重写宇宙的起源，历史以及命运的故事。

或者这都可能是个错误。天文学家有严格的方法来估计统计噪声和其他随机误差对其结果的影响; 对于称为系统误差的未经检查的偏差，情况并非如此。

正如芝加哥大学的温迪·L·弗里德曼 (Wendy L. Freedman) 在芝加哥会议上所说: “未知的系统性最终是什么。”

哈勃麻烦

几代伟大的天文学家在试图测量宇宙时陷入了悲痛。有争议的是一个名为哈勃常数的数字，以威尔逊山天文学家埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 的名字命名，他1929年发现宇宙正在膨胀。

随着空间的扩展，它像上升的蛋糕中的葡萄干一样，将星系彼此带走。两个星系相距越远，它们飞离的速度就越快。哈勃常数简单地说了多少。

但是要校准哈勃常数，天文学家依赖于标准蜡烛: 物体，例如超新星爆炸和某些变星，其距离可以通过光度或其他特征来估计。这是争论的开始。

直到几十年前，天文学家还不能同意哈勃常数的值在两倍之内: 每秒50或100公里/兆帕秒。(兆帕秒是326万光年。)

但是2001年，一个使用哈勃太空望远镜并由弗里德曼领导的团队报告的值为72。对于离我们更远的星系来说，它每秒移动72公里。

约翰·霍普金斯 (Johns Hopkins) 和太空望远镜科学研究所 (Space Telescope Science Institute) 的亚当·里斯 (Adam G. Riess) 和其他机构最近的努力获得了类似的数字，天文学家现在表示，他们已经将哈勃常数的不确定性缩小到只有2.4。

但是新的精度带来了新的麻烦。这些结果非常好，以至于他们现在不同意欧洲普朗克飞船的结果，后者预测哈勃常数为67。

天文学家认为，这种差异-9%-听起来是致命的，但可能不是致命的，因为普朗克和人类天文学家进行的观测种类非常不同。

普朗克被认为是宇宙学的黄金标准。它花了四年时间研究宇宙大爆炸结束时留下的微波的宇宙浴，当时宇宙只有380,000年的历史。但它并没有直接测量哈勃常数。相反，普朗克集团从主要基于这些微波的数学模型中得出常数和其他宇宙参数的值。

简而言之，普朗克的哈勃常数是基于宇宙婴儿的图片。相比之下，经典的天文值来自宇宙学家谦虚地称之为 “局部测量”，即深度为中年宇宙的数十亿光年。

如果那张婴儿照片遗漏或掩盖了宇宙的某些重要特征怎么办？

“宇宙学的Whac-a-mole”

因此，宇宙学家开始了这个游戏，加州大学戴维斯分校的天体物理学家劳埃德·诺克斯 (Lloyd Knox) 在最近的芝加哥会议上称之为 “宇宙学Whac-a-Mole”: 试图修复早期宇宙的模型，让它扩展得更快一点，而不会破坏模型已经做得很好的东西。

一些天体物理学家建议，一种方法是在早期宇宙中添加更多种类的轻质亚原子粒子，例如幽灵状中微子。(物理学家已经认识到三种中微子，并争论是否有第四种中微子的证据。)这些将为宇宙提供更多的空间来存储能量，就像梳妆台中的更多抽屉允许您拥有更多的袜子一样。如此振奋人心，根据大爆炸数学，宇宙将更快地膨胀，并希望不会弄乱微波婴儿的画面。

约翰·霍普金斯集团 (Johns Hopkins group) 采取了一种更为激进的方法，可以调用外来的反重力能量场。这个想法利用了弦理论的一个方面，即假定但未经证实的 “万物理论”，它认为现实的基本组成部分是非常微小的，蠕动的弦。

弦理论表明，空间可能与尚未发现的轻质粒子或力相关的奇异能量场交织在一起。这些领域 (统称为quintessence) 可以与重力相反地起作用，并且可以随着时间的流逝而变化-弹出，衰减或改变其效果，从排斥状态转变为吸引状态。

该团队特别关注与称为axions的假设粒子相关的场的影响。研究小组在去年年底的一篇论文中报告说，如果在宇宙大约100,000岁时出现了一个这样的领域，那么它本来可以产生适量的能量来解决哈勃望远镜的差异。他们将这种理论力量称为 “早期暗能量”。

参与这项研究的约翰·霍普金斯大学宇宙学家马克·卡米昂科夫斯基说: “我很惊讶它是如何出来的。”“这管用。”

陪审团仍未确定。里斯说，这个想法似乎奏效了，这并不是说他同意，或者它是正确的。在未来的观察中，自然将拥有最终决定权。

诺克斯称约翰·霍普金斯大学的论文是哈勃问题可以解决的 “存在证明”。“我认为这是新的，” 他说。

然而，兰德尔 (Randall) 对约翰·霍普金斯 (Johns Hopkins) 的计算提出了质疑。她和哈佛大学的三位博士后正在研究一个类似的想法，她说这同样有效，并且在数学上是一致的。“这很新颖，非常酷，” 兰德尔说。

到目前为止，聪明的钱仍然在宇宙混乱。芝加哥大学的资深宇宙学家，最近哈勃紧张局势的组织者迈克尔·特纳说: “事实上，所有这一切都在我们脑海中发生。我们很困惑，希望混乱会带来一些好的结果!“

世界末日？不，没关系

早期的暗能量吸引了一些宇宙学家，因为它暗示了与宇宙历史上两个神秘事件的联系或两者之间的联系。正如Riess所说，“这不是宇宙第一次膨胀得太快。”

第一集发生在宇宙不到二万亿分之一秒的时候。在那一刻，宇宙学家推测，一场猛烈的气球推动了大爆炸; 在几分之一万亿分之一秒内，这一事件 -- 麻省理工学院的宇宙学家艾伦·古斯 (Alan Guth) 命名为 “通货膨胀” -- 将最初的混乱变得平滑和平坦，变成了今天观察到的更有序的宇宙。没人知道是什么导致了通货膨胀。

第二集今天正在展开: 宇宙膨胀正在加速。但是为什么呢？1998年，当两个相互竞争的天文学家团队询问星系的集体引力是否会减慢膨胀速度，以至于有一天会将所有物体拖入一个大的紧缩状态时，这个问题就被发现了。

令人惊讶的是，他们发现了相反的情况: 在后来称为暗能量的反引力的影响下，膨胀正在加速。两支球队获得了诺贝尔奖。

暗能量占宇宙质量能量的70%。而且，令人毛骨悚然的是，它的行为非常像一个被称为宇宙常数的软糖因素，这是一个宇宙排斥力，一个世纪前，爱因斯坦在他的方程式中插入了这种排斥力，认为它将防止宇宙在自身重量的作用下崩溃。他后来放弃了这个想法，也许为时过早。

在暗能量的影响下，宇宙现在的规模每100亿年翻一番-到底是什么，没人知道。

早期的暗能量，约翰·霍普金斯集团 (Johns Hopkins group) 调用的力量，可能代表了反重力接管宇宙并加速宇宙的第三集。也许这三个情节都是宇宙的同一潜在趋势的不同表现，它们偶尔会变得无赖和加速。Riess在一封电子邮件中说: “也许宇宙不时会这样做？”

如果是这样，那将意味着当前暗能量的表现毕竟不是爱因斯坦的常数。有一天它可能会眨眼。这将减轻天文学家以及其他所有人关于宇宙未来的生存噩梦。

如果暗能量保持不变，我们银河系外的一切最终将以比光速更快的速度离开我们，并且将不再可见。宇宙将变得毫无生气，完全黑暗。

但是，如果暗能量是暂时的-如果有一天它关闭了-宇宙学家和形而上学家都可以回去思考一个明智的明天。

卡内基梅隆大学 (Carnegie Mellon) 的理论家斯科特·多德尔森 (Scott Dodelson) 说: “这方面的一个吸引人的特点是，人类可能会有未来。”

幻影宇宙

但是未来仍在争夺中。

根据《自然天文学》最近的一份报告，目前宇宙中的暗能量并没有关闭，实际上随着宇宙时间的推移而增加了。如果这种情况持续下去，宇宙可能有一天会以天文学家所说的大裂痕结束，原子和基本粒子被撕裂-也许是最终的宇宙灾难。

这种可怕的情况源于意大利佛罗伦萨大学的Guido ricaliti和英国达勒姆大学的Elisabeta Lusso的工作。在过去的四年中，他们使用称为类星体的暴力，遥远的灾难作为距离标记，探索了宇宙的深厚历史。

类星体来自星系中心的超大质量黑洞; 它们是自然界中最明亮的物体，在整个宇宙中可以清晰地看到。作为标准蜡烛，类星体并不理想，因为它们的质量差异很大。然而，研究人员发现了类星体排放的一些规律性，使宇宙的历史可以追溯到近120亿年前。研究小组发现，在这段时间内，宇宙膨胀的速度偏离了预期。

对结果的一种解释是，暗能量毕竟不是恒定的，而是随着宇宙时间的推移而变化，变得越来越密集，因此变得更强。碰巧的是，这种暗能量的增加也足以解决哈勃常数测量的差异。

坏消息是，如果这个模型是正确的，暗能量可能是一种特别致命的，而且-大多数物理学家说-难以置信的形式，称为幻影能量。例如，它的存在意味着事物可能会因加速而失去能量。达特茅斯物理学家罗伯特·考德威尔 (Robert Caldwell) 将其称为 “坏消息”。

随着宇宙的膨胀，幻影能量的推动将无限制地增长，最终克服重力并首先撕裂地球，然后撕裂原子。

哈勃常数社区对新报告的回应是谨慎的。“如果坚持下去，这是一个非常有趣的结果，” 弗里德曼说。

二十年来，天文学家一直试图测量这种暗能量。欧洲航天局的Euclid和NASA的Wfirst两项太空任务旨在研究暗能量，并有望在未来十年内提供明确的答案。宇宙的命运岌岌可危。

同时，根据Riess的说法，包括幻影能量在内的所有事情都需要考虑。

他在一封电子邮件中写道: “在通过新物理学解决张力的可能解决方案中，提到像这样奇怪的暗能量似乎是合适的。”“见鬼，至少他们的暗能量朝着正确的方向去解决紧张局势。事情可能会反过来，让事情变得更糟!“