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我在上篇(《漫談暗能量與反物質(上)(見《科普時報》2020年1月3日第3版)》)中寫到,上個世紀90年代,科學家通過觀察測量研究,發現在60億年之前,某種“神祕的力量”開始起到主導作用,使得宇宙從減速膨脹變成加速膨脹,導致了那些可觀測的星系,正以光速一般(甚至更快)地速度遠離我們,科學家把那種“神祕的力量”命名為“暗能量”。

那麼,“暗能量”究竟是什麼呢?科學家漸漸地提出了各種理論模型,大體上分為兩類:

第一類暗能量的候選者,就是當年愛因斯坦留下的宇宙學常數(Cosmological constant,在數學中用希臘文“Λ”表示,因為它是一個常數,於是被愛因斯坦稱為宇宙學常數)。最初,愛因斯坦出於對靜態宇宙的哲學信念,把這個常數加入他的方程之中,使其方程能得出靜態宇宙的解。但在哈勃因觀測到“哈勃紅移”、而得出宇宙正在膨脹的結果之後,愛因斯坦放棄了這個宇宙學常數,並認為這是他“一生中最大的錯誤”(完全沒有想到,這竟然很可能是“歪打正著”)。

而且,因為猜想宇宙是做減速膨脹的,科學家一度把宇宙學常數徹底“扔掉了”。但是,由於發現了宇宙正在加速膨脹,結果又將它撿了回來。並且,科學家理解這個宇宙學常數可能等價於真空零點能,亦或宇宙加速膨脹就是宇宙學常數和真空零點能共同作用的結果。

事實上是不會的!

因為在這些系統中,引力佔據了主導作用。而且,如果我們的太陽系所有一切也都在膨脹,我們根本就不可能發現宇宙在膨脹了。

那麼我們如何來衡量暗能量的厲害程度呢?

可能宇宙中原來就存在兩種引力,即引力和斥力(這在上文中就提到過,愛因斯坦早在廣義相對論中,就提及萬有引力也可以將物質推開)。而我們所說的萬有引力,是這兩種引力的合力而已,排斥力已經被抵消掉了。

也就是說,宇宙中不存在天體的地方的物質密度太低了,使得斥力佔了主導,使得整個宇宙在膨脹。並且,如果“暗能量”帶來的排斥力大於引力,則宇宙就會加速膨脹。反之,宇宙則會減速膨脹。

在其它“暗能量”的候選者中,依據量子力學的不確定性關係和廣義相對論中的引力效應提出的“動力學標量場”,也被認為是“暗能量”基本理論的有效描述。

此外,還有被稱為“幽靈模型”和“精質模型”等。其中“幽靈模型”是對暗能量的極端預言,也被科學家稱為“幻能量”。這個模型的研究認為,如果“暗能量”足夠“厲害”,那麼隨著宇宙的膨脹,“暗能量”的佔比也將越來越高,宇宙極有可能產生“大撕裂”(the Big Rip),最終甚至連原子都將被撕碎。

不過,大家不要擔心。因為現在的觀測資料表明,“暗能量”最可能的模型十分接近愛因斯坦預言的那個宇宙學常數——神一般的預言。所以就目前來看,我們的宇宙不會大撕裂。而且退一萬步而言,即使有大撕裂,也至少在500億年之後……

因篇幅有限,這裡就不一一贅述了。不過要特別注意的是,這些不同的模型對於宇宙命運的預言是不一樣的。

現在,除了知道是“暗能量”促使宇宙加速膨脹,其它的都還知之甚少,只有等待科學家來解謎了。

而與“暗能量”相關的反物質(Antimatter),又是怎麼回事呢?

我最欣賞的作家之一丹·布朗(超級暢銷書《達·芬奇密碼》的作者),在小說《天使與魔鬼(Angel and Demons)》中,描寫了一小撮極端主義者策劃了一場陰謀,用一枚從歐洲核子研究中心(CERN)偷來的“反物質彈”企圖炸燬梵蒂岡。

這與“暗能量”要是足夠“厲害”,最終可能“撕裂”宇宙類似,當物質和反物質相互碰撞,則會造成巨大的爆炸,遠比氫彈的威力大了許多倍。

在上個世紀初,物理學家發現了原子由一個緻密的原子核(帶正電荷)及若干圍繞在其周圍的電子(帶負電荷)組成;而原子核則由質子(帶正電荷)和中子(帶電呈中性)組成。因此,當上個世紀30年代物理學家意識到,每一顆粒子都有一個孿生兄弟——一顆反粒子,但具有相反的電荷的時候,頗為令人震驚!

第一個被發現的反粒子是反電子具有正電荷,稱為正電子。正電子與電子的所有特質完全一樣,除了攜帶相反的電荷。它最初是在雲霧室中拍攝的宇宙射線照片裡被發現,當被放置於一個強大的磁場中,正電子會轉向普通電子相反的方向。

長期以來,反物質一直是科學界內飽受關注的焦點,儘管《天使與魔鬼》書中的“反物質彈”還不存在,但物理學家已經使用強大的核粒子加速器,製造出極小量的反物質用於研究。

在1955年,美國加州大學伯克利分校的粒子加速器貝韋特浪(bevatron),製造出了第一顆反質子。正如預期的那樣,反質子除了具有負電荷,它與質子完全相同。

這這意味著,從理論上而言,我們也可以製造出反原子(由正電子圍著反質子轉動)、反元素、反化學、反人類,反地球、反太陽,so on and so forth……甚至反宇宙都是可能的。

下文再接著詳談吧。

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