探秘宇宙秘密 普朗克卫星发现了什么

2013-04-08 08:07:09  来源:南方周末

  就目前分析的结果来看,普朗克卫星是支持标准模型的。也就是说,暗物质是“冷”的,暗能量的密度也是一个常数。后者是爱因斯坦在1917年就提出来的。如果暗能量真是一个常数,那么,我们的宇宙简单而乏味,理论家就无从推测暗能量的起源是什么。

  为什么呢?这还得从爱因斯坦说起。1915年完成广义相对论这一新的引力理论之后,爱因斯坦就着手将他的伟大发现应用于宇宙学。那时,人们还没有发现宇宙是动态的,连爱因斯坦也假设宇宙是静止的。但是,万有引力很难解释一个静止的宇宙,因此爱因斯坦引入了一个斥力,在他的方程中体现为一个常数——这就是著名的宇宙学常数。尽管在哈勃发现宇宙膨胀之后,爱因斯坦放弃了宇宙学常数,但在引力理论中,宇宙学常数导致斥力,是暗能量最简单的形式。

  万一暗能量真的是这个常数,那它就只是方程中的一个常数而已,我们很难说它有任何动力学起源。最近10年来,弦论界流行一种观点,认为存在很多很多不同的宇宙,在不同的宇宙中宇宙学常数的具体数值不同。恰好在我们这个宇宙中,宇宙学常数取它现在的值。这个值在理论上确实非常小,但恰好与星系的存在不矛盾,从而允许人类能够出现。也就是说,如果暗能量是一个常数,我们只能将它当作一个参数来看,最好的解释就是多元宇宙论和人择原理。很多人,包括我,当然非常不高兴,因为这样一来,我们就放弃了追根究底的科学精神。当然,我们不能排除多元宇宙以及我们宇宙的偶然性。

  那么,普朗克卫星的结果,对暗能量问题有什么意义呢?暗能量所占的比重减少了,这很重要,却没有重要到我们需要特别注意的地步。哈勃常数变小了,这也很重要,但这些数据需要结合其他天文观测,才能帮助我们对暗能量做出有意义的限制。

  微波背景辐射本身的信息,对暗能量的性质能够做出的限制非常宽松。举例来说,如果暗能量不是常数,它的密度随时间是变大还是变小?普朗克卫星和WMAP都含糊其辞,虽然数据偏向支持变大,但可信度非常低(粗糙地说,大约20%的可能变小,80%的可能变大)。如果将其他天文学数据加进来,得到的限制就会好得多。对于外行来说,这些限制也许很奇怪,因为不同的结合得到的结果不同。对于专家来说,这很正常,因为所有数据的可信度都有一定的限制,它们当然不会给出完全一致的结果。

  比方说,如果将宇宙间星系和星系团分布的信息考虑进来,对暗能量性质的限制范围就小多了。这些数据仍然支持暗能量密度会变大,但只有68%的可信度。如果不考虑星系和星系团的分布,而是考虑超新星的信息,暗能量性质的可能范围就会变得更小,但仍然不能确定到底是变大还是变小,只是较为偏向支持变大。最有意思的是,如果不考虑前面的那些信息,而只考虑对哈勃常数的独立测量,暗能量随时间变大的可能性超过95%,接近99%。由于天文观测的复杂性,我们现在还不能信任任何一个结果,还需要耐心等待更加可靠的测量。(我个人喜好暗能量变大,这样一来,不仅我自己的模型有机会成立了,宇宙也变得更加有趣,因为它可能会在有限的时间内终结。)

  除了为暗能量提供更新的数据以外,普朗克卫星还倾向于支持一个相对简单的暴涨理论。从现有的数据看,过去理论家忙了几年设计出的很多复杂模型,并没有得到任何观测支持。例如,有的理论家喜欢用好几个量子场来驱动宇宙暴涨,而普朗克卫星似乎在说,一个就足够了。我觉得这很自然,宇宙虽然复杂,它背后的秘密可能至为简单。

  普朗克卫星数据还有很多精细部分没有分析出来,例如对光子的极化测量。这些测量会告诉我们更多宇宙的秘密,也许我们还要等上1年才能得到分析的结果。

责任编辑: 豆豆
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