(本文接上篇:宇宙创世如此简单秒懂?60年心血铸就诺奖)
从本世纪初开始,观测宇宙学的观测和理论都经历了深刻变革,经过数十年不断革新的实验与理论,许多支持宇宙膨胀的证据逐步积累,大爆炸理论成为对海量观测数据的解释最为成功的理论。
“绝非夸张,现代宇宙学的一大部分是由皮布尔斯的脚注组成的。”
1970年代初期,皮布尔斯就为建立暗物质问题做出了贡献,他们的研究发现,我们的银河系必须有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系,才能使得星系保持稳定。他描述了一类被称作“冷暗物质”的模型,这一类暗物质粒子在宇宙早期相对于光速,运动得非常缓慢,因此被称作是“冷”的。
在宇宙学中,暗物质(英语:Dark matter),是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知它的存在。
现代天文学通过天体的运动、牛顿万有引力现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中。
但今天我们对于暗物质的本质依然一无所知。比较流行的理论包括认为它是由一种全新粒子所构成,比如某种已知粒子的超对称粒子,或者弱相互作用大质量粒子(WIMP)……
暗物质的探测在当代粒子物理及天体物理领域是一个很热门的研究领域,也许在不久的将来就会有丰硕的成果。
皮布尔斯等还采用大爆炸模型计算氦,氘和锂等轻元素相对普通氢元素在宇宙中所占含量的比例。所有这些轻元素的丰度都取决于一个参数,即早期宇宙中光子与重子的比例。计算出来的和实际测量到的轻元素的丰度是大略符合的,其中理论值和测量值符合最好的是氘元素。
事实上,很多观测结果现今也只有大爆炸理论可以解释,例如为什么与氢比较,一些轻元素如氦在宇宙中的含量是非常丰富的,例如为什么早期宇宙中氦的丰度要高于氘等等。
轻元素的丰度是大爆炸理论的强有力证据之一。
爱因斯坦曾首创一个宇宙常数。添加在爱因斯坦方程式中,使得宇宙存在一个静态解。后来爱因斯坦本人宣称这是他“一生中最严重的错误”, 在过去的半个世纪里,大多数物理学家都认为这个参数是多余的。
但是1984年,皮布尔斯让宇宙常数复活了,他认为在宇宙结构形成方面,宇宙常数是有意义的,引力场方程中应该有这么一项,虽然它很小。是他让爱因斯坦的广义相对论平稳过渡,并与大爆炸理论相吻合。
1998年,美国人索尔·珀尔马特和亚当·里斯以及持有美国和澳大利亚双重国籍的布赖恩·施密特“研究几十颗处于爆炸状态的恒星即‘超新星’,发现宇宙正在扩张过程中,扩张速率不断加速”。因此他们仨斩获了2011年度诺贝尔物理学奖。
这个宇宙加速膨胀现象被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。因为一切人类知识总和中的一切存在,都不可能让整个宇宙加速膨胀。
除此之外,因为实际观测到的宇宙是平坦的,这显示宇宙的物质密度应该近似等于大爆炸理论中的临界密度。但是暗物质和通常物质的观测总量加起来都远远不够,需要有额外的物质贡献质量。
人类必需一个全新的宇宙力量来拯救,就这样,被皮布尔斯复活的宇宙常数摇身一变成了“暗能量”。宇宙常数是暗能量的两种模型之一。
经过20年的深入研究后,人类对暗能量的物理本质依然是一无所知。
虽然未知之谜还有许多,但是人类对大爆炸已经深具信心。大爆炸的核心观点都是从独立于任何宇宙学模型的实际观测中推论出的,这些实际观测包括轻元素的丰度、宇宙微波背景辐射、大尺度结构、Ia型超新星的哈勃图等。
大爆炸理论已为大量事实所证明,它解释了宇宙背景辐射、轻元素的丰度和宇宙的膨胀。因此,未来的宇宙学理论肯定得包含大爆炸理论。宇宙学已完成了从哲学到物理学的发展,今后它获得的任何新进展,都要接受观测和实验的双重验证。------皮布尔斯
有人认为,上帝等待了一段无限长的时间,后来挑了个吉时创造了宇宙。
比如大哲学家康德就曾经问道:如果宇宙有个起点,那么为何要在创生之前等待无限久的时间?
这类观点遭到了圣奥古斯丁( 354—430 )无情的嘲笑,他写道:“世界与时间都有一个开始。世界并不是在时间中被创造出来的,而是与时间一起被创造出来。”
当奥古斯丁说这话的时候,西方还在角斗士斗兽表演的古罗马帝国,而东方还在五胡乱华的时代,人类对时间空间的认知基本还处在史前时期,而奥古斯丁牛牛地超越了时代近二千年,他预言了现代科学宇宙学的观点。
时空是永恒存在的,这是许多伟大哲学家的论点,也是几乎所有非天启宗教的教义,甚至也是许多科学家的观点。
比如在宇宙学模型中,有一种被广泛关注而最后被抛弃的的模型叫做稳恒态宇学,认为宇宙在时间和空间上都是无限的,它主张宇宙从未有过开始,在时间上稳恒不变。
而科学发展到了今天,至少有来自五种独立体系的证据,无可辩驳地证明宇宙有一个起初。除了大爆炸理论,还包括,热力学的定理和恒星的生命史……
所以在9102年的今天,如果用最先进的科学来检验关于宇宙起源的争鸣不断的百家学说,我们会发现:全世界的经典里,只有圣经在这个题目上答对了。
圣经明确启示我们:时空不是永恒存在的,是在上帝创造宇宙时才开始的。
霍金说过: “虽然,宇宙有起点的说法可能不很受到共产主义者欢迎,但是在物理学的道路上,意识形态永远是站不住脚的......不过,苏维埃的意识型态还是阻挡了他们在生物学上的进展,因为他们不承认基因存在的事实。”
霍金给出一个答案,他说:「我们所经历的真实时间在大爆炸后才出现。」
真实时间是什么?子在川上曰:逝者如斯夫,我们说这是“时间的箭头”, “时间永不停歇”;
我们看见时针在动,我们说“这是时间在动”;
我们撕下日历,我们说“这是时间一天天过去”;
我们仰观天象制定历法定下节气(参看中国最伟大的发明不是四大发明,而是......),我们说“这是时间的坐标”;
我们心疼父母一天天老去,感慨“时间都去哪儿了?
牛顿经典物理中的绝对时空观代表了人类几千年来对时间的感觉:时间是绝对的存在,均匀地流逝,与外在的一切都无关。但是爱因斯坦用现在广为接受的相对论告诉我们,这些都是对时间的幻觉而已!(参看历史上最天才的学霸和学渣,时间最公平吗?非也!)
爱因斯坦的名言是:“把你的手放在滚热的炉子上一分钟,感觉起来像一小时。坐在一个美女身边整整一小时,感觉起来像一分钟。这就是相对论。”这个是终极相对论,是最容易被地球人理解的相对论。
老爱借用美女告诉我们时间 “有伸缩性的”。根据明确的、依赖于物质行为的数学法则,时间能屈能伸,能伸能缩,时间甚至能被“撕成碎片”。
如何让时间改变?让时间伸缩?我们可以用物理方式,甚至用人工。最著名的比如钟慢尺缩………
量子力学中的量子纠缠以无可辩驳的证据显示,两个粒子不管距离多远, 都能够即时“交流”, 爱因斯坦讥讽为鬼魅般的超距作用。这明显与时间本身的概念相左。或者说,量子纠缠其实是超时间的。
今天的宇宙学告诉我们,时间是有起点的,时间并非仅仅存在而已,其本身也是自然宇宙的一部分。
在大爆炸开始的瞬间,“时间”也经历创生,时间不但有了开始,而且和空间一起有了形状,时间与空间从诞生之日起就紧紧相连,他们一起表达了引力场的运作。
简言之,时间象物质一样,是柔软可塑的实体,而且在所有的细节上,参与了自然过程。
“既然宇宙起源于一次大爆炸,那么在大爆炸之前发生了什么呢?”
皮布尔斯认为:“ 在大爆炸之前一天宇宙究竟是什么模样, 没有人有任何概念。所有方程式都不能告诉我们, 我也不要去瞎猜。”
霍金更简单:“大爆炸之前的时间不在我们所知的物理定律之内,单凭人类无法定义它们。”
无论现代科学如何尽力限制上帝出场的时间,但是建立在最新的时间观基础之上的宇宙学图景依然为上帝留下了位置。
正如奥古斯丁在《忏悔录》中所言,真理在我心灵的耳旁对我说:
谁能遏止这种思想,而凝神伫立,稍一揽取卓然不移的永恒的光辉,和川流不息的时间作一比较,可知二者绝对不能比拟,时间不论如何悠久,也不过是流光的相续,不能同时伸展延留,永恒却没有过去,整个只有现在,而时间不能整个是现在,他们可以看到一切过去都被将来所驱除,一切将来又随过去而过去,而一切过去和将来却出自永远的现在。