爱因斯坦的最大失误
第一节
很久以前 在一个称为银河系的遥远星系中
小小行星-地球上的科学家们相信 他们已揭示了宇宙的奥秘
他们的理论 即标准的大爆炸模式 已被广泛接受为终极真理
但接着 在21世纪初 一小群'异端者'开始质疑起这个理论的根基...
我们做了一些大多数人会认为是有些 异端邪说的事情
我们认定光速在时间与空间中有改变
而如果这是正确的 那么我们的物理认知 将会有巨大的改变
伦敦 公元2000年
新世纪刚拉开帷幕 一个新理论正在诞生
它的威胁在于要催毁20世纪物理学的根基
其始俑者是世界上两位顶类的宇宙学家
如果他们是对的 爱因斯坦则是错的
这一切都始于安迪·阿尔布雷特和乔奥·马古悠 于1996年在美国的一次会议上的碰面
这是个相当令人兴奋的普林斯顿会议 大部分的主要人物都在那儿
有许多关于宇宙学上现今问题的争论
乔奥有一晚来找我 我想就在我准备离开的时候
有了个很有趣的想法
这简单是胡扯! 根本就不是那样
不是那个样子的
- 已经很晚了 - 不是那样的
是怎样的 乔奥 你记得是怎样的?
好吧 我们来好好说说
我所记得的是 至少当我在场时
我们三个人之间在交谈着 然后我们每个人都提出了某样东西
我记得我提出的是可变光速 当时有种令人难堪的沉寂
我想你们两个认为我在信口开河
- 也许吧 可能是 - 但...
但接着 哦 他实际上很严肃 他没有笑
于是 实际上我们就从那时开始 开始更严肃地谈论
对大多数科学家来说 光速会变这观念太疯狂了
它完全违背了爱因斯坦关于时间空间的理论
但近来 天文学家已开始意识到
宇宙并不总是像他的理论所预计的那样运作着
我们所进行的测算表明
宇宙充满着某种能量密度
我们还根本不了解这种能量
它不像是物理学理论中的任何东西
奇异之处在于 宇宙并未放缓
实际上正在加速
这确实是一个物理学上非常意义深远的结果
因为它是首个预示 即自然法则
不总是同于如今的这般
谁知道葫芦里有什么? 我认为可以说那是个非常令人兴奋的时刻:
与上个世纪之交时的物理界发生的情形非常相似
我们将要带着许许多多的不确定进入新千年
为理解其威胁性何在 我们需要回顾以前的科学革命
它始于1905年的瑞士伯恩
当新的20世纪展开时 19世纪物理学的精妙机理
正开始显现出疲累之征
而它最终遭到推翻 不是出自功成名就的科学家 而是出自于一位专利局职员
当爱因斯坦开始他的征程时 我们仍身处于牛顿理论架构的宇宙中
空间和时间只是一个参照系统
一米就是一米 你去到哪里都是一米
时间在整个宇宙当中都以均速滴答着 每一秒都一样
不会受你身处何地以及是否运动影响
时间被认为是一个绝对概念
时间在任何地方都一样 不受运动状态的影响
即存在有一个绝对时间 可以经由那样的一个时钟来测量
这可能正是爱因斯坦以他的
新观念加以推翻的那种概念
爱因斯坦用来颠覆那个宇宙架构的工具就是光速
他知道20年来 科学家们一直困惑于一个实验
这实验显示出某些在光速方面截然奇特的现象
在19世纪80年代 两位美国科学家 阿尔伯特·米切尔森和爱德华·莫利
开始测量光速会如何受到 地球在空间运动的影响
他们设立起一个使用光束的实验
在这个实验中 用上了称为激光的光源
所要做的就是将激光束分为两束
以呈直角的方式发送出
在某种意义上测量那两个光束的相对速率
并将它们在此合并
你看到的模式就是两个光束间的干涉
以及那两个光束中的相对光速
如果仪器设备是静止的 那没有理由看到在两光束间有何不同
但事实上它移动得非常之快
我们的星球以每秒30公里的速度环绕太阳
而且还每天一次地环绕地轴
因此地球上的每个实验室都在太空中环绕着
就在当下时刻
地球本来是以这个方向在太空中环绕着太阳
如果我们等上6个小时 地球就会翻转过来
而这个方向会成为地球在太空中的运动方向
再过6个小时 又是这个方向但掉转了
因此什么也不用做 你只要坐在这儿 地球就能带着你非常非常平稳地环绕着
你也只要查看你仪器设备的稳定性
米切尔森和莫利假设地球的速度
会加在光束以及仪器设备的速度之上
因此他们期待着看到每6个小时出现 一个规律的脉动
因为地球的移动先加至一个光束速度上 然后是另一个光束上
当然奇怪的事情在于 测量没有显示出任何状况
不管他们如何进行 什么时候进行 还是等的时间够不够长
经年如此 仍没有变化
那正是实验之美 如果你可以非常非常精确地进行测量
那么你就会得到相当重要的东西
这个结果的重要性在于它证明了
你永远不能增减光速
这和机械宇宙中应该会发生的情况完全相反
当空间和时间固定时 速度总是可以相加的
在这样的世界里对于速度相加 速率相加有非常简单的规则
在爱因斯坦举的例子中 如果你在电车或火车中行走
你的速度 相对于外遭的地面来看
只是你在车厢内行走的速度与
车厢相对于地面的速度之和
但米切尔森-莫利实验证明了 这对于光来说不适用
光以光速离开车厢
并以光速到达人行道
这个速度永远不变 不论车厢行驶得有多快
但随着车厢速度变化总有什么东西改变了
爱因斯坦意识到那一定是空间和时间本身
一旦你假定光速是固定不变的
这就意味着空间和时间不会再为固定
例如 一个随同着你运动着的时钟会走慢
因此 从人行道来看 车厢来的光速不受其运动影响
反而是手表 当乘客在等待时 与一个固定的时钟相较而言会走慢
在距钟塔数码远的一套两室公寓里
爱因斯坦写出了他的狭义相对论
失业中的爱因斯坦所做的广告...
他为学生提供数学和物理方面的家教
有一段时间他失业了 没地方要他
他们认为他太懒惰了
我想是他们认为他太惹麻烦了
有没有说到他开价多少?
有说到免费的试听课程
好吧 我想我会来试听一节课的
但爱因斯坦的命运即将转变
到1905年时 他26岁
极具洞察力的凝视
那年他出版了几份论文 相对论即是其中之一
- 如以博士论文计的话有6份 - 只一年当中
- 一年之中 - 而且每一份都建立了一个物理学领域
每一份都值得诺贝尔奖
我在想他是否意识到
在他写下那些时 正在对世界造成多么大的改变
那份是关于E=MC^2的论文 在那份之后很快就发表了
看看有多薄! 老天! 才三页
如果我可以用我一生中的发表文章来 交换这三页的话!
但爱因斯坦自己并未满足
问题在于他的相对论在引入重力概念后受挫
而重力是宇宙中的主导力
爱因斯坦意识到他得要将他的弹性空间和 时间观念有进一步的拓展
他得要赋予空间－时间以实实在在的特性
不仅仅再是一个事件发生的真空内
而是确实有相互作用发生的东西
因此在他那著名的陈述中 质量告诉空间如何弯曲
质量的存在确实扭曲了空间－时间场
从另一方面来看 他接下来的陈述表明:
空间告诉质量如何运动
因此一个在空间－时间场中运动着的 质量体只是在顺着它引致的的曲面
起因于质量体的存在
而这解决了一个牛顿架构中的老问题: 地球围绕着太阳运转
地球觉察到对于太阳的重力吸引 是如何产生的?
地球如何知晓太阳在那儿?
这种远距离瞬时作用的源头是什么?
在爱因斯坦的模式中 没有这样的远距离瞬时作用
太阳的质量只是扭曲了空间－时间场
而地球就顺着那个曲率
就像是这辆电车顺着它下面的电车轨道 适应着轨道的局部曲率
它不会事先知道那些轨道在什么距离会产生弯曲
它也不需要知道 它只是顺应着轨道的局部曲率
爱因斯坦意识到不仅仅是质量会产生重力
不仅仅是质量弯曲了空间和时间
每种能量形式 比如热量或压力 都会对重力场产生作用
有原子能 许多许多种能量形式
它们都会导致空间－时间场发生等量的弯曲
仅仅取决于所存在的总体能量大小
在这点上质量无甚特别
爱因斯坦花费十年时间搜寻一个可表示 这种质量－能量之间
及空间－时间之间关系的等式 最终是出乎意料的简单
仅用5个字符 这个爱因斯坦等式 包涵了整个宇宙的结构
它位列人类思想最高成就之一
在学生时代你学习这个理论时 你发现它极度美丽而简练
但接着如果你想: 他是怎么得到的? 他究竟是如何发现这些等式的?
那是个奇迹 我的意思是直至如今 你还不能确切了解他是如何取得的
但爱因斯坦没有驻足
他开始利用他的新等式来着手描述整个宇宙
这是个大胆的尝试 立即他遇着了问题 是至今仍存在着的问题
相对论是个巨大成功
至少直到爱因斯坦有勇气将相对论应用于宇宙整体
他开创了宇宙学 科学宇宙学
但同时他也给我们留下了许多 至今仍伴随着我们的疑惑
本质上 根据相对论 我们所看到的宇宙应不会是那样
爱因斯坦的方法是基于一个大胆的假设
他知道局部的恒星会扭曲空间－时间场
以难以计算出的错综复杂方式
但他相信如果他退后得足够远
所有宇宙中的物质就会像是气体云中的分子
宇宙液体
从这个角度来说 空间－时间场是一体的 足够简单地处理
但当他开始计算在重力的影响之下 宇宙是如何运作时
他大受打击
你看向宇宙深处
你看到的显得相对稳定：不变的星辰
而且在爱因斯坦时代 他们认为宇宙极为静态的
总是看上去一个样子 但在爱因斯坦的答案中这绝不正确
爱因斯坦发现他的等式预测 宇宙中的所有物质和能量
会将空间-时间场折返自身
不久宇宙就会遭遇到一个狂烈的末日 所有的恒星和星系
崩塌为一个巨大的火球
为了阻止此景 爱因斯坦得要加入一项
他称之为宇宙常数
对爱因斯坦来说 这个额外项 λ 宇宙常数
破坏了他原先的等式之美
但他没有其它的方法来使宇宙稳定
这个常数给予了空间-时间本身
趋于自然膨胀的特性
因此他加上了特定数值的常数
使得这个空间-时间场膨胀的特性恰好可平衡
星系或宇宙中的物质在其自身重力影响下 崩塌的特性
通过正好平衡两者 于是他就能使宇宙稳定
现如今它当然不可行 因为如同是铅笔尖的直立时的稳定性
即使是最小的偏差- 密度值太小 或密度值太大
都会使得宇宙崩塌或膨胀
因此我确实不认为他已解决了问题
爱因斯坦的问题在于 根据他的理论 宇宙本质上是不稳定的
它在很久以前就应已崩塌或爆炸了
这是个困扰了科学家们直到当今的谜
这是创造之回响
解调一台电视机 它就能接受到从可见宇宙
边缘传来的微波辐射
它在其旅程的源头处是桔色光
但经过150亿年一直在宇宙本身中穿越 已千倍地增强
将光伸展成为我们现在所称的微波
它温暖着我们正如它温暖着整个宇宙
将太空温度升高了3度
这个信号是强有力的证据 即宇宙不是像爱因斯坦所认为的那样没有变化
而是我们所看到的周围的一切都曾是 一个庞大火球的部分
那个狂烈开端的最初线索来自于 当天文学家们开始望向我们银河系本身
之外的太空之时
上世纪20年代是天文学上令人兴奋的时代
因为那时正是第一个大型望远镜投入使用之时
爱德温·哈勃 一位美国天文学家
开始观测附近的恒星系统即我们现在所称的星系
哈勃博士在一个移动平台上
架设好大型望远镜以开始寒夜中的观测工作
令他震惊的是 首先他发现它们都极为遥远
然后通过测算这些星系发出的光度
他得以看到它们正远离我们运动着
这对哈勃来说只意味着一件事: 宇宙本身一定在膨胀着
宇宙在膨胀着这情形是个相当意义深远的发现
因为如果你想想看 那蕴含的意思就是
在过去的某个点 各样东西都曾贴近过
因此如果你测算密度- 在太空一小部分体积内的星系数
-那么当你回溯时间时 在那固定的太空 体积内的数量增多了
也因此宇宙变得密集而炽热得多
如此在时间上回溯 最终就会到达一个 我们称之为大爆炸的点
那时的密度达极致高
这个发现的深远性在于宇宙有个开始:大爆炸
如果哈勃是正确的 宇宙确始于一次宇宙大爆炸
那么这个力本身可能就足以
抗衡万有引力使得宇宙崩塌死亡的倾向
也许有种方式得以使宇宙稳定并可解决爱因斯坦的难题
你可能会认为爱因斯坦一定会对这些观测 积极地回应
但经常性的是 理论家们完全无视观测
因此诚如哈勃有了个惊人的发现 -可能是世纪大发现-
爱因斯坦丝毫没有注意它
因而爱因斯坦困于他的静态宇宙
坚持用他的宇宙常数来使得宇宙保持静态
而一直要到1932年左右哈勃和爱因斯坦 在加利福尼亚这儿的会晤
才确实使爱因斯坦和膨胀宇宙理论间有所调和
他来了 经过了一个辛劳早晨后从太阳塔下来了
在那儿可望向数百万英里之遥的 他最心爱的太空深处
哈勃 在中间这儿 很快就说服了爱因斯坦 宇宙确实是在膨胀着的
爱因斯坦引入的宇宙常数
用来抗衡万有引力以维持一个静态宇宙
显得完全多余
如释重负的爱因斯坦回到他广义相对论的 最初形式
也就是在那时 或那时后不久 爱因斯坦说道
这个宇宙常数的创造
是他最大的失误
这种架构很有技巧性
你得要构筑起外围 再往里面加东西 然后是更多的外围
更多的里面 这是个大型工程
但爱因斯坦的乐观未免过早
宇宙学家们逐渐理解到
宇宙大爆炸实际上 不能解决关于宇宙稳定性的问题
对于像乔奥·马古悠和安迪·阿尔布雷特这样 21世纪的物理学家来说
研究的切入点仍旧是 爱因斯坦于1916年首先提出的问题
如果我们真能建立起那种联系
那就会成为人们为何想让光速改变的原因
你会认为 有了宇宙大爆炸理论的巨大成功 我们就满心欢喜
不会再有抱怨了- 我们 我们在考虑
关于宇宙大爆炸有个问题
问题在于我们不应该在这儿
150亿年来宇宙一直在逐渐地膨胀着
就有充裕时间使得恒星 行星以及 宇宙学家们进化出来
问题是 几乎不可能从宇宙大爆炸中得出 一个逐渐膨胀的宇宙
不论是膨胀得太快还是自身发生崩塌
这两种情况都不会使宇宙长久存在
就好似是向空中扔出一块石头
你向上扔 就可想见它过一会儿就回来了
你扔得用力些 它会飞得更高 但终究会回来
如果你扔得足够有力-没人能做到这样 除了NASA(美国航空和宇宙航行局)用宇宙飞船才行
-你就能脱离开地球的引力
并永远飞走了
对于宇宙就有这样微妙的平衡
你向空中扔出一块石头-它就一直运动着 它会回转吗?
你不知道 它一直运动着 一直动着 你看不到它飞走
你看不到它回转 它就在那当口保持着平衡 年复一年
历经数千年 数十亿年
我们如今已将近有150亿年了 我们仍不知道-它会回来还是飞走?
那正是宇宙的情形
对于球 是你能扔得多快的问题
对于宇宙 关键在于大爆炸中有多少物质和能量
要产生温和的膨胀过程 这个能量的密度 必须得要恰好到处
在如此特殊的状态中是如何产生出这个宇宙的?
我们得需要一个数字来描述宇宙中的物质密度
并要精确到小数点后100位 一个接一个
如果我们弄错了一个小数位 整体就会一团糟
没有物理学家可经受以如此精密的方式 来建立起一个宇宙体系
然而确有某样东西正确地建立起了宇宙
某种神秘的过程确保物质和能量
在每一处都有同样的临界密度
使得整个宇宙保持完美的平衡
科学家们称这为均匀度问题
均匀度问题是这样的: 事实上宇宙就有点像是一支铅笔
以笔尖站立着已有150亿年时间
甚至可能是更长的时间
谜题在于当你宣布开始时 假设在起初时
一切大相径庭 而将要发生些什么
将一切调整到你所需要的那样
你会碰到以下问题:
没有什么传播得比光速还快
宇宙非常非常之浩瀚
比我们所能想象的要大 也比我们所能见到的要大
有那些太空区域遥远得不可见
因为从那些地方发的光还未能抵达我们这儿
实际上我们由一个视野环绕着
这个视野自宇宙诞生始就以光速一直在膨胀着
但在它之外的是那些我们还从未有任何接触的区域
因为没有什么 不管能量还是任何种类的 物理过程能比光速还快
即没有什么能跨越视野
现今宇宙已有150亿年
意味着那个视野现今已实际上非常庞大
其跨度约有300亿光年
这并不意味着宇宙仅有这么大 当然宇宙是无垠的
这只是意味着我们所能看到的区域是这个 300亿光年的区域
而追溯到宇宙非常年轻之时
它仍然非常庞大 但相应地你看到的是 一个越来越小的部分
因为视野越来越小
要理解它 假设我们可以回溯时间
我们就会看到宇宙在收缩而不是在膨胀
但我们观察的视域会收缩得更快
因为我们的视野会以这最快的速度-光速而收缩着
如今对我们来说可见的星系在过去应该是不可见的
相互间亦是如此
因此早期的宇宙给划分为众多区域 在它们各自的小视野内隔绝着
这幅不连贯的宇宙图像
会直接地出现于解决均匀度问题所需的
单个平衡过程这个想法面前
困惑了吗? 宇宙学家们也是
绕开这个视野问题的唯一方法是 假设我们现如今所见到的整个区域
起始于一个小部分 它微小得足以容纳在一个视野里
这个想法 称为膨胀理论 由艾伦·古斯首先提出
接着由保罗·斯坦哈特和 他的同事安迪·阿尔布雷特进一步发展
如今 他们的膨胀理论被科学家们广泛接受
但安迪·阿尔布雷特自己从来没有完全确信于 他自己的理论
要使得膨胀理论可行 我们要做的是 创造出一种全新的物质形式
它存在于早期宇宙中 然后消失了 因此现在我们周围没有它
而我总是有着这样的不安感 即如果你创造了如此多
膨胀理论确实就是要创造出的正确的东西吗?
说不定自然界选的是其它的什么?
作为九十年代中期剑桥的一位年轻研究员
乔奥·马古悠已对膨胀理论产生质疑
因为膨胀理论是唯一存在的 人们依附于它 就像是依附于一只救生艇
但有些人需要那样-感觉好极了
极端些的话 你可以说 用神灵介入也可以解决所有这些
精妙的问题 而我认为膨胀理论是一个 可接受的科学途径
在某些方面会要求神灵介入
那听着有些过分 但确有足够的未决问题 我们确实需要好好考虑
一天 乔奥发现可能有一种简单得多的方法 来解决视野问题
在一个像这样的冬日早晨 漫步于这些场地周围
我意识到如要打破一个单一而神圣的游戏规则
即光速的恒常性
你实际上就能解决视野问题
而当你再思考这个问题时 只是如此显而易见
当宇宙非常年轻时
如果光速很快 那么就能有一个非常庞大的视野
当宇宙一岁时 视野就会以这快光年的范围呈现
它就像你想要的那么大
当然如此进行时 就能将整个宇宙结合起来
如果早期的光速要快得多
单独的一个视野就能大得足以涵盖整个已知的宇宙
这是个大胆的想法 太大胆了
这个想法产生于我是这个大学的学生之时
但那时也正是我事业中的一个时期 得要找到一份工作
我快要完成这儿的学习了
这还不是要去探究一个新颖想法的时机
那时候我就已经够有争议性的了
不需要另一样东西来变得更具争议性
曾几何时 我还在圣约翰大学外面兜售 "大问题"杂志!
因此我等着直到立稳脚跟
乔奥立稳脚跟就在英国皇家学会授予他
非常享誉的研究团体之时
他加入了安迪·阿尔布雷特 在帝国理工学院的研究组
他们开始共同致力于乔奥的想法
一天安迪把我叫到他的办公室 说道
'乔奥 我们也来研究变化的光速'
他关上了门 将它视为大秘密
他后来擦掉了黑板 他真是担心有人会窃取这个想法
然后逐渐地我们开始共同进行越来越多的计算
试图找到关于这个理论越来越多的东西
你面对的是前沿 你面对的是未解谜题
你对它进行争论 会有具竞争性的观点出来
而过一阵子 一个观点会明显地成为赢家
而你确实总是在忧虑着什么
这种状态一直伴着你 不仅仅是在办公室中
你审视着那些将梦想中的观念融入其中的步骤 你在这些想法中睡去
又疲惫地醒来
你最终需要将这些融合入等式中
因为这正是科学的意义所在
这是关于数学模型 而不仅仅是图像 否则就很不稳固
我认为科学发现中有非常独特的一方面
当你已花费数月数月的时间 挣扎于这问题之上
虽会弄错但最终你发现了些什么
而且它是独一无二的时候 会有肾上腺素激发
大体上我喜欢这种肾上腺素型兴奋 但这种很独特
我认为这正是科学家们成为 这样的大书呆子的原因
因为比如像社交这样的活动 和这种快乐不太合衬
而科学发现则可以给予
乔奥和安迪在创出一个崭新的物理学
当他们探索这个奇异新世界时 开始明白
也许他们可以解决的不仅仅是视野问题 而是更多
我们比所期望的得到更多
而这正是大有斩获的地方
我们发现还可以解决均匀度问题
其原因正是我们很快意识到
如果光速变化了 就不可能有能量守恒
传统物理学中 能量是守恒的
形式可以转换 但不会有创造或消灭
这是能量守恒原理
它的意思是宇宙中的能量总量是固定的
因此宇宙所需的临界能量密度
必须自一开始就完美地确定了
如果我们改变了如同光速这样基本
并已交织入整体物理学架构中的量
那当然就破坏了原先的原理： 宇宙在不同时期是有差异的
不能保持能量恒定
然后你就意识到这正是你要解决均匀度问题 所需要的
因为你违背了将宇宙推向临界能量密度的 能量守恒原理
也就是 次临界能量密度能创造能量 反过来说
如果存在能量密度过剩就取走能量
在他们的理论中 宇宙早期时光速是在降低的
这使得宇宙成为内置式自动调温器
可创造或消灭能量以使得临界密度能 恰到好处地保持着
由此宇宙数十亿年来保持着平衡
考虑到视野问题 我们只是在努力找到
膨胀理论的替代理论
事实上我们不指望解决一切
这是个我们所获得的礼物
乔奥和安迪着手解决视野问题
而偶然发现了可解决这谜题的一个理论
这个理论困扰着自爱因斯坦时代以来的宇宙学界
他们创造出一个本质上稳定的宇宙
通过创造或消灭能量来保持平衡
这个理论预言了我们今天所看到的宇宙
不管如何它仍旧只是个理论
证据只可能来自于空间-时间场深处
但天文学家们的发现会震惊所有人
暗示着光速也是破解宇宙学中最大谜题的关键所在:
即大爆炸以前发生了什么
很久以前当宇宙年幼时
光比如今要传播得快
那时的物理法则大相径庭 至少那是理论
证据只可能来自于世界上的最大望远镜
由于它们可以扫描太空纵深处 天文学家们也可回溯时间
在1998年 英国天文学家约翰·韦伯(John Webb)
开始对一个课题产生兴趣
即当宇宙演化时 自然界中的基本常数
是否会改变
我们使用的一种技术使我们得以回望过去
来测量长久以前的物理学数据
我们利用类星体进行
类星体是我们能看见的最遥远星体
它们被认为是在宇宙形成过程中的原始星系
但约翰·韦伯感兴趣的不是类星体本身
就我们所从事的这项研究来说 类星体只是
非常遥远的穿越宇宙而抵达我们这儿的光源
做法是他们将气云以光度的方式表达出来
然后我们就能够研究那些气云的物理性状
通过查看光被吸收的情况
我们可以观测相对附近的气云
也可以观测远至最边际的那些类星体
那即意味着顺时间'回望'了将近100亿年
那样的情形 极遥远的过去
因此我们在研究的是还尚为年幼的宇宙的 物理性状
当光穿越一团星际气云时
会与电子及气体分子发生碰撞
这就产生了在相应光谱上的黑线样式
约翰 韦伯注意到这个样式对于最为遥远的
星云光谱来说不一样
得出的推论令人震惊:
或是电子不一样 或是光速在遥远的过去更大
如果这是真的 对物理界来说当然是 一个意义非常深远的结论
因为它将史无前例地首次表明了自然法则
不总是像如今的那样
但在空间和时间的纵深处 一个更令人震惊的发现正等待着天文学家:
现今的宇宙学界正激荡着一个70年前被废弃的
思想的出人意料的回归
爱因斯坦的宇宙常数 λ
对乔奥来说即意味着将他的理论更进一步
他现相信这个宇宙常数
可能是将光速的改变与宇宙自身的起源
联结起来的环节
因此爱因斯坦已在他的有生之年贡献了 空间-时间场理论
是他将空间-时间场弯曲
以拥有自身的动力 而宇宙常数则又向前迈了一步
因为它基本上是给予了空间-时间场自身的能量
因此即使在他将质量放入空间-时间场中 即真空状态下
在这个真空中会有一些能量密度
而这正是λ的意义 它具有这种非常有趣的特性
本质上它会产生万有斥力
λ产生的作用力会将物物分开 而不是聚拢在一处
而这看来正是宇宙在发生的状况
某种力量在将它分散开来
自哈勃说服爱因斯坦宇宙在膨胀以来
天文学家们一直在努力度量它的膨胀速度
突破来自于他们开始着重于称为超新星的 爆炸星球之时
他们认为这些超新星会使他们得以绘制出 宇宙的温和减速情况
而他们的实际发现却截然相反
现在的问题是 宇宙是在如我们预期的那样减缓膨胀吗?
惊异之处在于宇宙并非在减缓膨胀 而是在加速
某种力量在搅扰宇宙的微妙平衡
将各个星系越来越快地推散开来
在太空真空情况下的新力量
从超新星数据中得出的加速现象当然
就提出了将爱因斯坦的宇宙常数理论 复兴的这个惊人的问题
看起来似乎空间-时间场充斥着能量
在这个理论等式中所深藏的
乔奥发现了一个存在于这种能量和光速 之间的隐藏链接
某种程度上我们已发现了两样有趣的事
一样是宇宙常数的能量也取决于光速
特别是当光速降低时 真空中的能量也相应地降低
第二样是我们已发现这个宇宙常数本身
推动了光速的变化-它能使光速值减少
因此会有一种不平衡性
在乔奥的理论中 真空中的一种变化 会导致光速的减少
但这也将会减少真空中可持有的能量
将能量逼出而转化为普通的物质和辐射
这会是宇宙的起源吗?
在大爆炸前发生了什么?
因此在初始阶段的某些这样的情境中 只存在着一种真空-
但真空并非就一无所有 它实际上就是宇宙常数
这种真空中的能量牵引力
在这些理论中 正是这种能量使光速发生变化
使光速值降低
而那引致的是使得宇宙常数中的 所有能量相应地降低了
能量得去往什么地方 去哪儿了呢?
变为了宇宙中的所有物质 因此造成了大爆炸
因而在这个情境中 实际上正是光速的突然减低-
这种光速的变化-导致了宇宙大爆炸
最起初是虚空
但虚空并非一无所有
有光 而且这光发生了变化
而这虚空就诞生了宇宙
这个宇宙是美好的 因为它一直持续到 人类得以了解它
但它终将会经过虚空的能量将一切都 推开了的那一天
一无所剩只有虚空
但虚空并非一无所有
你可能会认为这就是宇宙的末日
然而当然在这个理论的情形下
那只是为另一次宇宙大爆炸的发生创造了条件
光速的突然降低
所有这种能量的突然释放形成了另一次大爆炸
因此很有可能我们的宇宙大爆炸其实只是 原本就要发生的许多许多次中的一次
也可能是已发生过的很多次中的一次-
也许宇宙只是这个一直在发生的大爆炸系列
乔奥对于光速常数的大胆挑战
使他对宇宙有一种全新的视角
其中一点就是宇宙不再有起始和终结 而是永恒的
无尽的大爆炸循环发自于真空中的 庞大能量库
正像他之前的所有宇宙学家 乔奥受到引致所有这些的理论的指引:
这是对爱因斯坦天才性的测度 尽管当他出错时 换个角度又是正确的
他所称的最大失误可能经证实是他最丰厚的遗产
当然我极为尊重相对论 我有种感觉
通过与相对论相抵触 我才确实理解它
确实只是因为我的想法和之相左 我才对这位伟人显示了全然的尊重
完全不是要试图反驳爱因斯坦或什么
只是在努力向前探究一步
最终当然是大自然将决定这是否正确
我的研究工作基本上是力求找到确定 这个理论对或错的方法
有的实验会最后确定
变化的光速是否只是胡扯
原创翻译:LSCAROLLI@纪录片之家 www.jlpzj.com