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第5章 暗能量(第1頁,共2頁)

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在宇宙黑暗世紀結束之後又經過的各個世代裡,發生了許多次星系相撞,整個星系們碰撞後融合在一起。在太空中,暴力事件無處不在。而你現在看到的星系就是這些暴力事件過後的明證。

暗物質的質量超過了正常物質的五倍,卻不可見,它們的量這麼大,它們必定在你眼前的宇宙華爾茲中曾經起過——也依然起著——重要作用。你現在已經知道,這場華爾茲的參與者們,都是穿著由暗物質做成的大衣的恆星集合。

你盯著這些星系越久,就能看到越多的舞者和形狀——你能夠想象出更多那裡的世界,有著與我們完全不同的天空。你突然開始懷疑是不是某些遙遠的文明早就找到了你那些問題的答案……等等,那是什麼?

一個非常強大的光源掠過你的眼睛。

你盯著夜空想找到它來自何方,但它已經消失不見。

和剛才同樣突然,另一道光擊中了你,來自另一個非常遙遠的地方。

又有一個。

這些光將你從冥想中喚醒,你將注意力集中到似乎是這些光來源的星系上。

不知為什麼,你的心臟跳得幾乎要蹦出來。你看著它們的光,看著它們退往遠處並互相圍繞旋轉的路徑。

那裡好像有點不對。

那些發出這些光的星座不應該以這種方式後退。

我們說的不是它們之間互相圍繞旋轉的運動,而是關於宇宙的膨脹,關於它們如何一起退向遠方,就像正烘烤脹起的蛋糕中的罌粟籽。考慮到你對宇宙膨脹的瞭解,就會發現這些星系的運動不對勁。

這是意料之外的第二號引力謎團。它牽涉到被隱藏的能量遠遠多於上一章裡關於暗物質的例子。

要明白這一點,你需要先知道我們如何估算自己宇宙中的距離。

當你躺在那個小島海灘上,開始你進入外太空的旅行之前,你是如何判斷夜空裡的某顆星星離你近,而另一顆離你遠的?只看亮度顯然是不夠的。恆星們個頭不同,各種大小都有,因此它們的亮度也有著巨大差別。在地球上看到的一顆明亮的恆星,可能體形巨大而距離遙遠,或體積小一些卻離得很近。我們顯然還需要一些別的手段才行,歷史上的科學家們想出了三種不同的方法來估算宇宙距離。

第一種方法適用於各種天體,包括恆星或行星,只要它們離我們不是太遠。這是三種方法中最簡單的一種,而且依賴常識(這裡沒有量子效應參合,所以使用常識還是允許的)。想象你坐在行駛於高速路上的車裡,透過側面車窗看向兩邊的樹木。離你車近的樹很快經過,而離得遠的那些則以慢許多的速度移動。高聳在遠處地平線上的山脈看上去就像根本沒有動。它們可以被看成是固定的背景。在太空裡,我們可以利用同樣的原理。當地球繞著太陽轉動時,那些離地球近的物體相對於非常遠的看上去固定不動的恆星背景有著相當明顯的移動。通過測量某一天體因地球圍繞太陽運動相對於遠處背景所發生的位置變化,科學家們就能估算該天體與地球之間的距離。它所牽涉到的幾何學早在二千二百年前的歐幾里得就已經知道了。對於短距離的估算——比如,銀河系內的距離,它的效果極好。但對於星系間距離的估算,這個方法就顯得力不從心。因為星系們離我們實在太遠了。位於地球上,繞著太陽旋轉的你,冬天與夏天對於天體的視角差別可達三億公里,但依然不夠。星系們都屬於固定背景。要猜出它們的位置,你需要第二號戲法,牽涉到一種非常獨特的被稱為造父變星的恆星。

造父變星是一種非常明亮的恆星,而且它們所發出的光會非常規律地在最亮與最暗之間變化。讓人難以相信的是,科學家們找到一種方法能夠將這種亮度變化的週期與它們所發出的總光量聯絡起來。而這個資訊就足以告訴科學家們那些恆星離我們有多遠:就像號角所發出的聲響傳到我們耳朵中時會隨著它從源頭走過的距離增加而變輕,光也一樣。我們能夠收集到的位於遠處的造父變星到達地球的光佔其總髮光量的比例就告訴了我們它們的距離。幸運的是,宇宙裡有許多造父變星。

但這個戲法依然有著自己的侷限性:要測量宇宙中最遠的距離,單個的造父變星已經不夠了,因為就算最強大的望遠鏡都無法將它們從其所在的恆星群中區分出來。要測量宇宙深處非常遙遠的距離,我們還需要第三種戲法。

你或許還記得,在本書的第二部分,美國天文學家埃德溫·哈勃所進行的研究。在二十世紀二十年代,哈勃成為第一個注意到宇宙在膨脹、遠處的星系都在離我們而去的人。你的一些朋友在地球各地用你買給他們的價值十億美元的望遠鏡觀察夜空,好心地替你驗證了這個結論。

在二十世紀二十年代,哈勃用來自遠處星系的造父變星的光線顏色移動來計算它們的速度,而且他還發現它們一心離我們而去的意念強度(速度)與它們離我們的距離成正比:若一個星系離我們的距離是另一個星系離我們距離的兩倍,那麼前者的退行速度也是後者的兩倍。這條定律現在被稱為哈勃定律。

第三個戲法就是,當造父變星無法從它們的環境中被分離出來時,我們就反過來使用哈勃定律。通過測量從遠處星系們傳來的光線顏色變化程度,科學家們就能判斷出這些光線在我們的宇宙中膨脹了多久,利用這個資訊,也就有可能知道這些星系離我們有多遠。

哈勃定律足夠簡單,而且它與已知現實吻合得很好:空間與時間早在幾十億年前就已變成今天這樣,時空的膨脹從一開始就一直進行,並且看起來作為能量被激烈釋放(大爆炸)的結果也非常合理,在隨後的幾十億年裡,宇宙膨脹的速度也已經慢了下來。

在這個相當符合邏輯的系統裡,一切都很完美。

除了它不符合你所觀察到的事實。

你的眼睛剛才看到的光脈衝就與它不合。它們顏色漂移的程度不符合上面所描述的宏大、漂亮、自洽的圖景。有什麼地方出了問題,第二號謎團隱隱約約就在這裡遊蕩。

要想搞明白這到底是怎麼回事,讓我們再去旅行一小會兒,去看看到底是什麼引發了那射入你眼中的無比強大的光脈衝。

從銀河系上方出發,你飛向一個特別美麗而多彩的漩渦狀星系,它離你大約有八十億光年之遠。你穿過那橫亙在我們自己的宇宙大家庭銀河系與這一個光島之間無比巨大而且還在不斷膨脹中的空間。當你到達它附近時,選擇從側面進入。你飛過屬於它的幾百萬顆恆星,穿過比幾千個太陽系的大小合在一起還大的星雲,突然,你再次停了下來。

就在你的眼前,不是一個,而是兩個閃亮著的天體,吸引了你的注意。它們彼此圍繞著轉動,非常快,而且不怎麼對稱。兩者中的一個傢伙是一顆巨大的紅色憤怒火球。另一顆也很亮,但卻小了太多太多。它的大小隻和地球相仿,卻亮得發白。不要被你所看到的大小所迷惑。雖然兩者的大小有著巨大不同,但那顆微小的星球才是這裡的主宰,而不是那個紅巨星。那個小小的白色圓球是在你到達前幾億年就發生爆炸的恆星所留下來的核心遺骸。當一顆恆星死亡時,它將自己的外層朝著各個方向拋入太空,但核心則被壓縮變成現在在你眼前發光的新的星體。它的名字叫白矮星。它是一個極為緻密和熾熱的天體。通常情況下的白矮星需要幾千萬年時間冷卻褪色,最終成為寒冷孤獨的太空流浪者。然而,這一顆,卻替自己選擇了一條完全不同的道路。

給你一個白矮星密度的大致概念吧,讓我們用不同的材料做一隻棒球。

一個普通的棒球,用橡膠、皮革和空氣做成,大約重145克。同樣的體積,如果材料是鉛,這隻棒球的重量將是大約2.3公斤。如果使用的是地球上自然存在的最緻密元素——鋨——這隻棒球就又重了一倍:大概4.5公斤。

現在,用來自白矮星的材料做這隻棒球,你的棒球將重二百噸。在極端緻密的王國中,白矮星排名第三,僅落後於中子星(它被取了這個名字是因為它只含有中子)與黑洞。所以你或許猜測它們都正進行著非常猛烈的核聚變,就像在恆星核心中一樣,但事實並非如此,除非它們能夠找到辦法不停生長。事實上,白矮星只有在它們的質量小於太陽質量的140%的情況下才能保持自己的白矮星身份。

但這顆白矮星有東西「吃」。一顆恆星。一顆紅巨星。

那顆紅巨星正被活活吃掉,就發生在你眼前。

白矮星巨大的密度帶來的強大引力遠勝於紅巨星自身,這顆恆星註定難逃厄運。它都無法保住自己的外層。在圍繞著白矮星轉動時,紅巨星自己的表面被撕開,形成一長條明亮熾熱燃燒著的等離子尾巴,在你眼睜睜的注視下向著它貪婪的舞伴盤旋而去,形成一條閃亮扭曲的宇宙大河蜿蜒流向白矮星的表面,在那裡,它被收穫並壓縮。

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