第五元素——精质

  原作:佚名   整理:水弓

  在堡垒的小说中提到了翘曲的时空闭联集,以及宇宙膨胀等现代宇宙理论。由此可见整个Robotech的正片设定中可能也牵涉其中。小说末尾处,神秘之船海登IV用不同物理定律重组了一个领域,机器人技术的长者们被囚禁在其中的球形区域。看着让人费解。同样费解的还有一大堆问题。而至于这种宇宙中彼此相隔的新空间,让人想起了精质宇宙理论对宇宙未来的猜想。

  精质宇宙的概念简单陈述,资料摘自《科学》杂志。

  宇宙的主要成分是“暗能量”,它或者是由宇宙常数构成,或者由称为“精质”的量子场构成。宇宙的其他成分包括暗物质(由奇异基本粒子组成)、通常物质(包括不发光的和可见的)以及少量的辐射。
  宇宙物质总量 100%
  辐射 0.005%
  可见的通常物质 0.5%
  不发光的通常物质 3.5%
  奇异暗物质 26%
  暗能量 70%

  暗能量是一个有悠久历史的概念,它的起源可追溯到爱因斯坦以及他在1917年试图建立一个静态宇宙模型的尝试上。同数个世纪以来的许多最卓越的科学家(包括牛顿)一样,爱因斯坦也认为宇宙是不会变化的,既不膨胀也不收缩。为了从他的广义相对论中导出宇宙不变的结论,他不得不引入真空能量——即宇宙常数这一概念。他精心调整宇宙常数的值,使其产生的重力排斥作用刚好抵消物质的重力吸引作用。
  后来,天文学家们证明宇宙是在膨胀后,爱因斯坦又对他精心调整的这个人为的常数懊悔不已,称其是他所犯的最大错误。但是他的这一判断或许下得太匆忙了。实际上,如果宇宙常数的值比爱因斯坦所建议的再稍微大点,它的排斥力就会超过物质的吸引力,这样宇宙的膨胀就将加速进行。

  不过,许多宇宙学家们现在倾心于另一种不同的概念,称为“精质”(quintessence)。这个词直译过来就是“第五元素”,它指的是古希腊哲学认为宇宙由土、空气、火与水以及一种寿命很短的、防止月亮和行星掉进天球中心的基本物质构成。3年前,Robert R.Caldwell、Rahul Dave和Steinhartdt(三人当时都在宾夕法尼亚大学)重新引入了这个术语,以表示一种动态的量子场。这种场与电场和磁场没有多大不同,它的重力是排斥性的。
  这一动态性质正是宇宙学家们发现的精质概念的迷人之处。任何暗能量理论所面临的最大挑战都是要解释推断出来的物质量——宇宙的物质量不会太多,否则它将干扰早期宇宙中恒星与星系的形成,但其数量应当恰好足以使它的作用现在能够被感受到。真空能量是一种完全惰性的能量,始终保持同一密度值。因此,为了解释现今所观测到的暗能量的数量,在宇宙诞生之际宇宙常数的大小必须经过精细调整以取得合适的值,这使得宇宙常数听起来有点像是一个捏造出来的系数。相反,精质却能与物质发生相互作用并随时间的推移而演变,因此它可能天然就经过自我调节而达到现今所观测到的数值。

  未知的未来:我们今天看到的是顶峰,还是短暂插曲?
  在数千年的时间中,空间充满了非常密集的辐射,以致无法形成原子,更不用说较大的结构了。然后物质开始占统治地位。下一阶段(即现代)则是一个宇宙逐步冷却、凝聚并演化出尺度越来越大的复杂结构的时期。但是这一时期正在走向结束。宇宙膨胀的加速又开始了。我们所知道的这样一个有着发光恒星、星系和星系团的宇宙,看来只不过是其整个发展史上的一段短暂插曲。随着加速膨胀在今后数十亿年中占统治地位,宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄,空间的伸长速度将变得非常快,使新的结构不可能形成。生物将发现宇宙的环境将越来越恶劣。如果加速膨胀是由真空能量引起的,那么宇宙的故事到此就圆满了:我们今天看到的行星、恒星和星系就是宇宙演化的顶峰。
  然而,如果加速膨胀是由精质引起的,那么宇宙的结尾还得写下去。宇宙可能会永远加速膨胀,也可能是精质衰变成新的物质与辐射形式,重新散布在整个宇宙中。
  对于未来的居民,宇宙看起来是极为不均匀的。生命被局限在一些相距很远的孤岛上,孤岛周围则是大片大片的空间。这些居民们是否会知道他们的发源地曾经是我们今天所看到的我们周围那种均匀而各向同性的宇宙呢?他们是否会知道宇宙曾经一度是有生命的,随后才死掉而又获得了再生的机会呢?
  实验或许很快将会使我们对人类将面临哪一种未来获得一些了解。宇宙的未来究竟是被真空能量带进死胡同,还是使精质的未被利用的潜力得到发挥呢?答案最终将取决于精质是否在自然界的基本运行机制中占有一席之地——或许这属于弦理论的领域。我们在宇宙历史中的地位取决于极大尺度和极小尺度上的科学的相互作用。

  精质理论对宇宙命运的猜想为我们描述了一幅迷人神秘乃至略有恐怖的未来景象。至于弦理论这一高度专业领域知识,我们普通人还知之甚少。当霍金带着他的膜理论来到中国时,相关理论与对立理论,对宇宙的争论和对宇宙的探索渴望将在中国引起更大的关注和新一轮科学热潮。或许在那时,Robotech中神秘难解的暗藏线索才能被我们彻底解读。

 

 
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