第十七章 迟来的科普 宇宙大撕裂假说 (3-1)

前言：本章可根据个人意愿选择观看或者跳过。

宇宙大撕裂：

“宇宙大撕裂”理论由美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特·卡德威尔于2003年提出。这是一个描述宇宙终结的理论，宇宙中的万物，大到恒星、星系，小到原子、夸克，都会在将来某一时间被暗能量驱动的宇宙膨胀扯碎。

理论提出的背景：

宇宙大撕裂理论是以暗能量广泛存于宇宙为基础的。

1998年是具有颠覆性的一年：在这之前，人类认为宇宙膨胀的速度越来越慢；而在这一年，劳伦斯伯克利国家实验室天体物理学家索尔·珀尔马特通过观测Ia型超新星，发现宇宙在加速膨胀，震动了宇宙学理论的基础。

早在上世纪20年代，美国天文学家爱德文·哈勃就发现几乎所有星系（仙女座大星系Andromeda除外）的光谱线都向更长的波长移动。

用多普勒效应来描述则更为清晰：一个光源如果正远离我们，我们观测到的波长就会比它发出的波长更长，这就是“红移”。

所以，星系离我们越来越远。哈勃发现，星系离我们越远，退行速度就越快，且和距离成正比，即

cz=v=H0d

这便是著名的哈勃定律。

其中，c是光速，z是红移，v是速度，d是距离，H0是哈勃常数。

超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸极其明亮，在此过程中所突发的电磁辐射通常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。

在这段期间内，一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中的总辐射能量相媲美。

由于Ia型超新星的亮度比较恒定，通过观测它的“红移”，就能知道自它爆炸以来宇宙膨胀了多少。

观测不同的超新星，可以得到不同年代的宇宙膨胀数据。索尔·珀尔马特发现，当红移z小于0.1的时候，哈勃定律成立；而在Ia型超新星的红移z约等于1的情形下，红移、速度、距离之间的线性关系就不成立，实际距离大于哈勃定律里红移所对应的距离，说明超新星以越来越快的速度远离我们，这就是宇宙在加速膨胀的证据。

科学家根据观测数据，推测宇宙在大约137.5亿年前从一场“大爆炸”中诞生，曾一度在极端炙热和异常致密的状态中剧烈膨胀。

随着宇宙的冷却，膨胀速度也逐渐变慢。从上图可以看出，约60亿年前（根据钱德拉X射线望远镜的最新观测结果），宇宙中的物质又开始以更快的速度相互远离——是什么神秘的力量控制着宇宙的膨胀速度？

我们知道，物质之间的引力只会让它们靠得更近，一定存在某种“斥力”使宇宙的膨胀摆脱了引力的束缚，从而加快了速度。

因此，宇宙学家提出了暗能量假说。根据NASA的威尔金森微波各向异性探测器（）的“5年数据发布”，宇宙中的暗能量占74%，暗物质占22%，剩下的4%才是我们能观测到的“物质”。

震惊！这是能让我们认识到自身渺小的最有力数据。原来我们所知道的“物质”并不重要（写完这句话后，发现用英文来表达更有趣：Matter doesn’t matter！），而那黑暗的96%才是宇宙的“主要成分”！

因此，美国新罕布什尔达特茅斯大学的物理学家罗伯特·卡德威尔提出了“宇宙大撕裂”理论。

理论本身：

这是一个描述宇宙终结的理论，宇宙中的万物，大到恒星、星系，小到原子、夸克，都会在将来某一时间被暗能量驱动的宇宙膨胀扯碎。

这个理论的关键值是状态方程参数ω，即暗能量压强和暗能量密度之比。当ω<1，整个宇宙就会上演一场惨壮的大撕裂，所有的距离都变得无穷大。理论提出者罗伯特·卡德威尔计算出从现在到宇宙终结所需要的时间[3]：

其中，ω是状态方程参数，H0是哈勃常数，Ωm是宇宙中所有物质的密度的现值。

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