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宇宙中的暗能量,为爱因斯坦洗冤

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美科学家发现宇宙“暗能量”

著名科学家爱因斯坦说,他这辈子犯下的最大错误是在广义相对论方程式中加入“宇宙常数”,即一种他设想的未知宇宙能量。

根据哈勃太空望远镜的观测结果,爱因斯坦没错,宇宙中确实存在科学家称为“暗黑能量”的神秘力量,这种能量在推动宇宙加速膨胀。


美国约翰·霍普金斯大学天文学教授亚当·里斯宣布,通过哈勃望远镜,他们第一次取得支持“暗黑能量”说的“重要数据”。这种神秘力量在过去至少90亿年中,一直在推动宇宙加速膨胀。

亚当·里斯同时身兼美国国家航空和航天局(NASA)太空探测科学研究所研究员。里斯和同事利用哈勃望远镜观测了23颗超新星。超新星是一种罕见的天文现象,表现为恒星中的绝大部分物质爆炸后,产生能放射极大能量、极为明亮但存在时间极短的天体。

望远镜观测到的超新星距离地球异常遥远,它们在被哈勃望远镜捕捉到之前,爆炸产生的光线已在茫茫宇宙中“旅行”了至少半个“宇宙世纪”。也就是说,按照目前对宇宙年龄137亿年的推测,那些超新星存活于65亿年前。

由于科学家已经探明超新星爆炸的物理机制,因此天文学家不仅能用超新星现象测量星体距离,还能知道超新星消亡时的宇宙膨胀速度。


爱因斯坦“洗冤”

亚当·里斯取得的“重大数据”就是23颗不同“年龄”超新星揭示出来的宇宙膨胀秘密,从而为爱因斯坦视为“最大学术污点”的宇宙常数洗清了“沉冤”。

爱因斯坦当初在写下广义相对论方程式后,发现方程式中描述的宇宙,不是在膨胀就是在收缩,但他相信宇宙处于亘古不变的稳定状态,于是在方程式中加入一个“宇宙常数”,代表一种抵消宇宙物质重力、维持稳态的神秘斥力。

美国天文学家埃德温·鲍威尔·哈勃1929年宣布,根据宇宙观测结果,所有的星系都在远离地球而去,也就是说,宇宙不是稳态,而是在膨胀。自此,爱因斯坦抛弃了“宇宙常数”,视之为一生最大的错误。

无巧不成书,哈勃望远镜就是为纪念埃德温·鲍威尔·哈勃而命名,而正是哈勃望远镜的新发现让爱因斯坦的宇宙常数重获生机。


解开“暗黑能量”之谜

根据哈勃的宇宙膨胀理论,宇宙在经历极早期的极速膨胀后,膨胀速度应逐渐减缓,道理同人们把球上抛,在重力作用下,上升速度越来越慢一样

但科学家1998年在利用超新星观测宇宙膨胀速度时有“惊人”发现。他们注意到,“年龄”越大、也就是光线“旅行”距离越远的超新星,它“离开”地球的速度比哈勃宇宙膨胀理论预测的慢,而“年龄”越小的超新星,“离开”速度要比预测的快。这只有一种可能解释,某种神秘力量超越了宇宙物质重力,一直在推动宇宙加速膨胀。这种力量与爱因斯坦“宇宙常数”中设定的神秘能量一致,科学家称之为“暗黑能量”。

佐证这一力量存在的关键是取得可靠、非连续的超新星观测数据。亚当。里斯的数据意义正在于此。

一些科学家希望,美国国家航空和航天局升级哈勃太空望远镜后,能彻底解答“暗黑能量”问题。国家航空和航天局以及美国能源部还计划2011年发射一个轨道天文站,专门寻找解开“暗黑能量”之谜的“钥匙”。


[探索新知]:超新星

超新星是最壮观的一类变星,是恒星所能经历的规模最大的灾难性爆发。每次爆发,估计抛出质量1~10太阳质量,释放能量1040~1045焦耳。留下的残核可能是中子星,也可能全部炸毁。超新星分为两个主要类型:I型超新星,其绝对目视星等为-14~-17等,有非氢谱,低质量,高速度(约10000千米/秒),可能由一个高度简并的核的热核爆炸产生。这类超新星在旋涡星系和椭圆星系中都有发现,属于星族Ⅱ。

Ⅱ型超新星,其绝对目视星等为-12~-13.5等,有氢谱,高质量,低速度(约5000千米/秒),发生在旋臂边缘,属于星族I。

超新星是一种罕见天象,估计银河系中Ⅱ型超新星每20~100年出现一个,古书中关于历史超新星的记载具有十分重要的价值。现代中外天文学史专家认为,记录可靠的历史超新星有7颗,在中国历史文献中都能找到,而且最早的185年超新星和393年超新星,都只有中国的记载。对于银河系中的超新星,只能通过观测它们爆发后留下的遗迹加以研究。在已知的150余个超新星遗迹中,1054年超新星和船帆座超新星留下了光学上膨胀的星云状物质、射电展源、X射线展源和脉冲星4种遗迹,是最理想的样品


意大利科学家称宇宙间不存在暗物质 

  据有关媒体9月16日报道,当前在宇宙学和天体物理学研究领域被人们普遍接受的、带有几份神秘色彩的暗能量和暗物质的概念可能将在不久后退出历史舞台。因为意大利科学家们研究表明,所谓的暗能量和暗物质其实都不存在,它只不过是天文学家们因无法解释某些特殊的宇宙现象而寻找的一个漂亮的借口而已。
  来自意大利那不勒斯大学的理论物理学家萨尔瓦托勒-卡波茨洛和他的同事们认为,人们之所以会创造出所谓的暗能量和暗物质概念,就是因为他们至今还在不合理地运用着万有引力理论。意大利科学家们认为,带有神秘色彩的暗能量和暗物质的存在效应事实上是由时空的扭曲给科学家们造成的一种错觉,而导致这种错觉出现的根源则是宇宙间存在的大量庞大天体--比如星系等。

  在此之前,天文学家们之所以承认暗能量的存在,是因为他们需要解释宇宙为何不断地在膨胀(当然科学家们也并没有排除重力作用),而他们之所承认暗物质的存在,就是因为他们需要解释模拟实验结果与实际的观测结果之间存在的重大偏差。

  同时,以前天文学家们之所以接受暗能量和暗物质这种概念,就是因为他们无法解释发生在螺旋星系中的一些现象--譬如:位于这类星系中间和边缘地带的恒星旋转速度竟然同位于星系中心位置的恒星一样快。而如果要按照古典力学原理(即牛顿力学原理)来解释的话,位于星系边缘地区的恒星应该比位于星系中央位置的恒星旋转速度更慢一些。

  为了解释这种矛盾现象,天文学家们便不得不使用暗物质概念:即在这些螺旋星系中存在着从地球上观测不到的暗物质,正是这些暗物质增加了着星系的总质量,也正是这些暗物质加快了星系中恒星的旋转速度等等,甚至有不少天文学家都认为,暗物质还占据着整个宇宙约95%的质量。

  萨尔瓦托勒-卡波茨洛和他的同事们在否定暗能量和暗物质理论的同时,还提出了他们自己的新的重力理论,并对螺旋星系中恒星的旋转速度问题提出了自己的解释。在此次研究过程中,意大利科学家们收集到了15个螺旋星系的实际观测资料,并将这些螺旋星系中恒星旋转情况的理论指标与实际观测结果进行了比较,结果显示,根据他们的新重力理论绘制出来的理论曲线图与实际的观测结果非常吻合,几乎可以完全重合。

  意大利科学家们表示,他们的新理论不可能马上取代旧的暗能量和暗物质理论,任何一种新理论被人们所接受都需要时间。他们还表示,要让人们普遍接受新理论,他们接下来要做的工作就是拿这个新理论来解释从太阳系到其它星系以及星系群中所发生的种种天体物理学现象 



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