研究:暗能量无法轻易改变宇宙形态

时间:2018-08-17 11:55内容来源:联合早报 版阅读:新闻归类:科技前沿
即使将我们所处宇宙中的暗能量增加100倍,宇宙中恒星和行星的数量也基本保持不变。这一结果表明,我们宇宙中的暗能量距离不适合生命存在的阈值还很远


人类是宇宙中唯一的智慧生命吗?这至今是一个困扰科学家的谜。近期一项研究又将存在地外生命可能性提高了一点。一项来自英国多尔海姆大学、澳大利亚悉尼大学等高校的最新研究显示,多元宇宙中,暗能量占比适宜孕育生命的宇宙数量,比之前科学家预估的要多。这项新发现近期发表在《英国皇家天文学会月报》上。

关于宇宙的起源,目前大多数科学家认同宇宙大爆炸理论(Big Bang Theory),该理论认为宇宙诞生于约138亿年前的一次大爆炸,新生成的宇宙处于密度极大、温度极高的不稳定状态中,随后便开始迅速冷却和膨胀。在此过程中先后产生了亚原子和原子,重力作用使这些原子聚集到一起,逐渐形成了我们今天看到的星系。

根据大爆炸理论,我们生活的宇宙只是众多宇宙中的一个,无限多个平行宇宙就像泡泡机里吹出的泡泡,各自处于膨胀之中,这一假说被称为“多元宇宙假说”。该假说估计在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他平行宇宙,很可能多到10的1000次方个。

大爆炸不仅带来了构成世界的基本元素,还带来了暗能量。暗能量是宇宙中一种未知的能量形式,科学家尚未看清它的真面目,它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。但有两点是确定的:一是如果没有暗能量,宇宙会在天体引力的作用下不断萎缩,由于有暗能量存在,宇宙才会加速膨胀;二是暗能量普遍存在于宇宙之中,在可观测范围内,它占据了今天宇宙总能量的近70%。

暗能量(Dark Energy)是由美国物理学家、宇宙学家迈克尔·特纳命名。2013年普朗克探测器收集的数据显示,我们生活的宇宙中暗能量占68.3%,暗物质占26.8%,普通物质只占4.9%。

暗能量和重力是一对矛盾,如果把膨胀中的宇宙比作一个气球的话,暗能量的作用就像是在加速吹气,使气球越胀越大、越胀越快;而重力作用则使宇宙中的物质聚拢在一起。目前看来,暗能量在这场“竞争”中略胜一筹,我们的宇宙自诞生至今一直处于不间断的膨胀之中,这一点已经被观测到的“红移”(redshift)等现象证实。红移是指天体发出的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象,在可见光波段表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离,即波长变长、频率降低。

在1920年代,美国天文学家埃德温·哈勃发现距离地球越远的星系,谱线向红端移动的程度越大,并由此提出了星系距离与红移成正比的哈勃定律,由此科学家得出了宇宙正在加速膨胀的结论。

可想而知,如果暗能量的作用过于强烈,宇宙就会因为膨胀过快而被“撕裂”,以至于根本不可能形成生命。因此,暗能量的多少成为生命形成可能性大小的判断标准之一。

研究显示,我们生活的宇宙中所含的暗能量远远低于平均水平,这使得我们的宇宙处于一个相对稳定的状态之中,为人类的产生提供了有利条件。在其他平行宇宙中,暗能量很可能大量存在,甚至是我们所知宇宙中的上亿倍。关于暗能量的这些认识使人们倾向于认为,平行宇宙不具备孕育生命的条件,换言之,人类在宇宙中是孤独的、独一无二的。

但是本次研究的新发现反驳了上述观点。基于对暗能量的基本认识,研究者认为存在一个暗能量的作用范围,当某宇宙中暗能量的作用在此范围内时,该宇宙才有可能产生生命。否则,这个宇宙中由于暗能量占比太大,物质便无法集聚形成星球和星系。

研究者在一个名为“星系及其环境的演化与聚集 ”(EAGLE)的项目中,通过计算机模拟宇宙模型,并迄今为止最成功地模拟了可观测宇宙的模型。科学家通过精心改变参数来观察暗能量对宇宙的影响,结果显示,即使将我们所处宇宙中的暗能量增加100倍,宇宙中恒星和行星的数量也基本保持不变。这一结果表明重力的作用是十分稳健的,暗能量无法轻易改变宇宙的形态。同时也说明我们宇宙中的暗能量距离不适合生命存在的阈值还很远。

因此科学家推断,可能存在大量的平行宇宙,其暗能量的作用介于已知宇宙的暗能量作用和上述最大阈值之间,而这些宇宙均有可能孕育出生命。但这一推断还仅仅是推断,因为多元宇宙学说本身也还是一种假说,尚没有被观测证实。

所以,本项发现只是说明了多元宇宙中存在其他生命的可能性,并不能成为其存在的证据。要想真正弄清楚人类是否是宇宙中唯一的生命,至少还需要弄清两个问题:一是为何我们的宇宙中的暗能量如此之低;二是多元宇宙理论本身的可信性,毕竟它还没有被证实。研究者表示,人类很可能需要全新的物理法则来解释上述问题。■

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