西甲宇宙德比!德西特宇宙

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本文目录导航：

• 1、为什么说宇宙在膨胀
• 2、空间是由物质组成吗？为什麽宇宙空间还会不断的膨胀？
• 3、宇宙是怎样演化的？
• 4、宇宙的结局是什么？膨胀还是收缩？谁又真正发现了宇宙在膨胀？
• 5、宇宙的最终命运，为何是进入五维时空？
• 6、神秘的暗能量，是否真的不能和弦理论相容呢？
• 7、宇宙是动态的吗？

为什么说宇宙在膨胀

最佳答案哈勃定律

Hubble’s law

1929年,哈勃发现河外星系的视向退行与距离成正比，即距离越远，视向越大。这个－距离关系叫作哈勃定律，也叫哈勃效应。

1914年,斯里弗测得了13个星系的视向,加上其他人测得的数据，成为当时研究太阳运动的依据。1916年，特鲁曼在扣除了太阳运动之后，发现剩余很大，并且主要是正的。1916年,维尔茨引入K项来代表星系的普遍退行。1916～1917年,德西特建立了一种宇宙学,认为由于有着与距离成正比的原子振动的变慢，星系的光谱呈现可能被错误解释为退行的红移。由于1923年爱丁顿《相对论的数学理论》一书对这个理论的介绍，天文界才把星系视向的研究与德西特宇宙学联系起来。1929年,哈勃根据24个已知距离和视向的星系,用正比于距离的K项去解条件方程,确立了退行与距离间的线性关系，并认为它是德西特效应的一级近似。但是早在1922年，弗里德曼就建立了另一种宇宙学；1927年，勒梅特得出了更普遍的形式；它们都是演化型的。1930年，爱丁顿把红移作为非静态宇宙的膨胀效应,于是,哈勃定律就成了宇宙膨胀的观测证据。

哈勃定律中的和距离不是直接可以观测的量。真正来自观测、没有掺进任何假设的量是红移－视星等关系;在此基础上再加上一系列才可以得到－视星等关系和－距离关系。哈勃定律原来是对正常星系而言的，对于类星体或其他特殊星系并不完全适用。哈勃定律通常被用作推算距离的工具。例如，当发现最大红移为0.75的星系时，就认为已观测到宇宙中距我们达90亿光年的深处；目前所说的类星体的距离也是由哈勃定律算出的。这种判断的准确性尚待证明。

空间是由物质组成吗？为什麽宇宙空间还会不断的膨胀？

最佳答案空间是由磁场粒子这种特殊物质组成。即空间类似大海，磁场类似水分子，宇宙类似鱼群，星球则类似鱼。这样宇宙空间膨胀，就类似鱼群在膨胀，即星球的距离变大类似鱼的之间距离在变大，宇宙空间膨胀类似鱼群的海域变大。这样鱼群在大海中还会膨胀，所以宇宙空间还会不断膨胀。

宇宙是怎样演化的？

最佳答案宗教用创世说来回答这个问题，科学总是用不断演化着的知识来解释这个问题。在近代，康德和拉普拉斯依据牛顿力学，提出了太阳系演化的星云说。今天看来，他们的理论是相当肤浅的假说。20世纪关于恒星演化的理论是以核物理为基础的，而且人们试图了解整个宇宙的演化。

19世纪德国人奥伯斯提出的光度佯谬提醒人们：夜晚的天空总是黑暗的，任何宇宙模型都必须满足使夜空黑暗的条件。德国人西利格提出的引力佯谬则要求，必须假定宇宙有一定的结构，天体应该是非均匀分布的，否则地球受到的引力就不是稳定的。正是在这样的前提下，1917年，爱因斯坦根据广义相对论，导出了一个体积有限但没有边界的“爱因斯坦宇宙”。这是一个有物质无运动的静态宇宙。同年，荷兰人德西特提出了一个有运动无物质的空虚宇宙模型，它不断膨胀着，被称为“德西特宇宙”。

1922年，前苏联人弗里德曼根据爱因斯坦的引力场方程式推论出，空间的几何特性如果是平直的，就得到一个不断膨胀的宇宙；如果是凸面的，就得到一个膨胀和收缩轮换的封闭宇宙；如果是凹面的，就得到一个膨胀着的敞开宇宙。1927年，比利时人勒梅特研究了“弗里德曼宇宙”，提出了大尺度空间随时间膨胀的概念，建立了“勒梅特膨胀宇宙”模型。1929年哈勃提出哈勃关系式后，英国人爱丁顿最先把它与宇宙膨胀说联系起来，认为宇宙膨胀说得到了天文观测的证实。

弗里德曼和勒梅特的宇宙膨胀着，而膨胀总是从物质密度无穷大开始的。1932年，勒梅特在他的模型的基础上，提出了一个宇宙演化学说，认为整个宇宙的物质最初集中在一个超原子宇宙蛋里，后来发生猛烈爆炸，碎片向四面八方散开，形成了今天的宇宙。但他当时还没有足够的核物理学知识来描述爆炸后宇宙演化的具体过程和细节。另外，勒梅特当时还低估了宇宙的年龄。

1948年，盖莫夫完善了勒梅特的理论，提出了系统的大爆炸宇宙学说，大爆炸学说提出后经过一些天文学家的完善，把宇宙生存的时间追溯到约200亿年前。据说，宇宙蛋爆炸前没有时间存在，爆炸后经历了普朗克时代、大统一时代、强子时代、轻子时代、核合成时代、物质时代、复合时代等，然后宇宙开始透明，逐渐形成星系和星系团、恒星和恒星系。在太阳系形成之后，它中间的一颗行星地球，变成了生命的摇篮……

大爆炸宇宙论预言，宇宙爆炸后必定还存在着背景辐射。1964年，美国贝尔电话公司的彭齐亚斯和威尔逊发现了相当于3.5K度物体的辐射，各向同性，没有季节变化，被认为只能是一种宇宙背景辐射。这一发现被认为是宇宙大爆炸后的残余背景辐射，成了支持大爆炸宇宙论证据之一。

大爆炸宇宙论所描述的宇宙时代，包含氢核合成氦的时代。根据这种理论估计，目前宇宙中残存的氦丰度为24.6%左右。目前射电天文学家在整个银河系内和许多近邻星系中都发现了氦，甚至在更遥远的天体中也探测到了氦。在所有发现氦的场合下，有力的证据表明，无论在哪里，只要有1个氦核便有10个氢核，既不过多也不太少。宇宙中这种氦丰度，亦被视为大爆炸宇宙论的有力证据。

尽管如此，大爆炸宇宙论还不是一个完善的理论，它还不能从物理学的观点来说明宇宙初始的条件，也不能有把握地预言宇宙的终结。某些天文学家认为，被用来说明宇宙膨胀的星光谱线红移，可能是由于光在旅途中损失了能量后造成的，因而提出了疲劳光宇宙论。除此之外，有人还提出了稳恒态宇宙、星系和反星系宇宙、收缩宇宙、冷宇宙等模型。

显然，大爆炸宇宙论很像是一种物理学的神话，因为它完全是根据现有的物理学知识来解释宇宙演化的。而在物理领域本身还有许多未解之谜，例如，原子核物理学至今还没有进入夸克禁闭的大门，人类对暗物质和反物质还知之甚少。人们在期待着新物理学的诞生。在这种情况下，我们大概只能说，大爆炸宇宙论是目前最好的一种宇宙演化理论。20世纪的宇宙学家们还不能预见最终的宇宙理论。

在一定意义上，人类对宇宙演化过程的研究，主要是为了满足人类探索宇宙从何处来的需要。这有益于精神世界的丰富，但并不能直接为现实的生产活动服务。

宇宙的结局是什么？膨胀还是收缩？谁又真正发现了宇宙在膨胀？

最佳答案不仅仅是简单的哈勃定律推算，真正的 历史 远比你所听闻的故事更为复杂。

我们最令人惊叹的事实之一是宇宙结构本身——空间，并非保持不变，质量体使空间弯折、扭曲；运动的质量体改变空间的性质；涟漪以光速穿过宇宙。时间与空间并不是宇宙分离的、不变的属性，它们相互联系形成我们所知的单一实体——时空。

图解：膨胀或收缩是包含质量体的宇宙的必然结局，但它的膨胀率及其随着时间的变化则由你所在宇宙的万物定量决定。（美国航天局/ WMAP科学队）

1920年代，我们迎来了宇宙最大的惊喜之一，许多科学家提出了一个前卫的观点：随着时间的流逝，空间将因膨胀或收缩被彻底改变。这可不是一些空中楼阁的理论，这一观点完全可由数据支持。数据显示，离我们越远的星系，似乎在以更快的远离我们。与爱因斯坦的广义相对论一致，这意味着我们的宇宙正在膨胀。1929年以来，我们一直向前 探索 ，从未回头。

图解：图片左边显示了物质（图片上部）、辐射（中部）以及宇宙常数（图片下部）在膨胀的宇宙中如何随着时间演化的。右图显示的是膨胀率的变化；在宇宙常数下，或者在宇宙常数存在的情况下（这实际上是它在膨胀期间所做的），宇宙膨胀率并未减小，导致了宇宙的加速膨胀。(E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

几代人以来，我们把这个简单定律称为哈勃定律（以埃德温·哈勃命名）——一个遥远天体视向退离我们的平均与距离成正比。即使在今天，将退行与表观距离联系起来的常数被称为哈勃常数。

但问题是，埃德温·哈勃并非发现这个规律的 历史 第一人。尽管1929年哈勃发表了一篇超级论文详尽地阐述了红移-距离关系和联系它们的比例常数，但比利时科学家乔治·勒梅特仅用了哈勃使用数据资料中的一部分提前两年提出相同的理论。因此，天文学家们现在将其称为“哈勃-勒梅特定律”。但究竟是发现了宇宙膨胀，这背后的故事甚至更扑朔迷离。

图解：主导的广义相对论的数学十分复杂，广义相对论本身为它的公式提供了许多可能的解。但只有在限定条件下描述我们的宇宙，将观测结果与理论预测进行比较，我们才可以得到一个物理理论。(T. PYLE/CALTECH/MIT/LIGO LAB)

首先从艾伯特·爱因斯坦开始，他在1915年提出广义相对论。爱因斯坦的引力理论在距离很远质量很小的情况下简化为牛顿定律，并提供了独一无二的、符合观测的预测，相反牛顿万有引力定律的预测在质量大距离小的情况下与观测不符。水星轨道是第一个产生谜团的地方，紧接着是日食过程中恒星光线的弯折也无法解释，爱因斯坦的广义相对论成功解释了这些困惑，而牛顿万有引力论失败了。

但爱因斯坦意识到，它的理论预测静止的宇宙是不稳定的，它一定会膨胀或者收缩。然而他并未接受这一强大的预测，而是否定了它，认为宇宙必须是静止的。他引入宇宙常数去抵消无处不在的引力，用以保持宇宙的恒定，致使他后来将“宇宙常数”称为他在物理学上犯的“最大的错误”。

图解：维斯托·斯里弗首次提出：平均来说，距离我们越远的星系，以更快的退离我们。多年来，这个观点向传统理论发起挑战，直到哈勃的观测将碎片整合：宇宙正在膨胀。(VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC., 56, 403)

甚至在爱因斯坦之前，维斯托•斯里弗进行了大量观察，这些观察对于空间膨胀的发现是十分有帮助的。20世纪早期，斯里弗利用他望远镜上的新装置——光谱摄制仪，观察到我们之后所知的螺旋星云 。维斯托•斯里弗将来自这些星系的光线分解成他们各自的波长，以识别原子内部发出的光谱线。

我们已经知道原子的工作原理，就可以测量这些谱线向不同波长的系统性位移：如果星系在远离我们，谱线变红；如果星系在向我们靠近，谱线变蓝。这些旋转星云拥有很高的无法我们的星系结合，大部分在电磁波谱上显示为红移。其中一些运动大于其他旋转星云。维斯托•斯里弗的研究结果显示这些旋转星云就是星系本身，而且大部分在退离我们。但，斯弗里并未拨开整团迷雾。

图解：上图为膨胀宇宙可能的结局。注意不同模型过去部分的差别，只有拥有暗能量的宇宙符合我们的观测，而德西特早在1917年便提出了暗能量主导的解决方案。

(THE COSMIC PERSPECTIVE / JEFFREY O. BENNETT, MEGAN O. DONAHUE, NICHOLAS SCHNEIDER AND MARK VOIT)

第二位做出重要贡献的科学家便是威廉·德西特，他在1917年指出，当你想象的是一个在爱因斯坦常数主导下的广义相对宇宙是，它会膨胀。更值得担忧的是宇宙膨胀特性：膨胀是无止境的，会持续进行下去，膨胀率指数形式增长，这意味着离我们越远的物质将越快远离我们。

尽管没有充足的观测证据可以证明宇宙正在膨胀，德西特指出，如爱因斯坦想象的那样，广义相对论下宇宙会膨胀。（也许更令人惊叹的是，德西特所描述的膨胀模型似乎以暗物质的形式存在于我们今天的宇宙中）。

图解：上图是用今天现代符号的传统写法表示的第一个弗里德曼方程式，方程左边详述了哈勃膨胀率及时空的演化，方程右边包括不同形式的物质与能量，以及空间曲率。这个方程式本质上是弗里德曼1922年从他建立的模型中推导出来的，被称为宇宙学中最重要的方程式。(LATEX / PUBLIC DOMAIN)

1922年物理学家亚历山大·弗里德曼发表了一部惊人的著作：为现实世界解决广义相对论。这个均匀地充满物质、辐射、空间曲率、宇宙常数以及各种可以想象的东西的宇宙，第一次，有了解决方案。

亚历山大·弗里德曼发现，无论如何，宇宙不是在膨胀中就是在收缩中。弗里德曼认为，如果宇宙中充满物质，即使是一个完全空无的宇宙，静止的宇宙都是不稳定的。根据斯里弗的观测以及近期希伯·柯蒂斯在1920年大辩论中提出的观点，膨胀的宇宙说背后既有理论支持，又有观测支持。

图解：上图为1887年拍摄的仙女座大星云的照片，第一次向我们展示了银河系最近大星系的旋臂结构。图片看起来像是全白的是因为它是在无滤光线下拍摄的，而不是使用红、蓝、绿光线然后将颜色叠加。自照片拍摄131年来，图片中可辨认的仙女座大星云的特征并没有发生变化，即使期间有些似乎是随机发生的恒星和瞬变事件，比如新星和超新星事件。(ISAAC ROBERTS）

但是，96年前，一切都发生了改变，埃德温·哈勃做出了也许是天文学史上最重要的观测。他当时正在仙女座大星云中寻找恒星的爆发，他当时以为这些是新星。1887的年照片们展示了仙女座的螺旋结构，为了解我们与仙女座的距离，哈勃望远镜正在观测这些新星。他发现了一颗、两颗，然后是第三颗。

之后，不可思议的事情发生了：他发现了第四颗新星，在发现第一颗新星相同的地方。他意识到一颗新星不可能如此快速地恢复精力，他兴奋地划掉字母“N”（代表新星），用红笔写上大写字母的“VAR”（变星）。有了亨丽埃塔·莱维特先前对变星的研究成果，他能够计算出我们与仙女座的距离，得出的结论是它远超过银河系的大小，仙女座本身就是一个星系，而不是星云，所有的螺旋星云本身就是星系。

这些关键证据碎片合起来揭开了膨胀中的宇宙的面纱。

图解：哈勃在仙女座星系发现的造父变星，命名为M31，为我们打开了宇宙的盒子，给予我们所需的关于银河系外星系的观测证据，引出了膨胀的宇宙。(E. HUBBLE, NASA, ESA, R. GENDLER, Z. LEVAY AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)

历史 上，1927年，乔治·勒梅特成为提出膨胀宇宙说的第一人。但他的著作以法文发表在一本不知名期刊上，那个时代鲜有人知。1928年，美国科学家霍华德·罗伯逊同样独立地将证据碎片整合，计算出宇宙正在膨胀及其原始膨胀率。但是，在一组更大数据的支持下，哈勃1929年发表了突破性著作，得到了大部分的赞誉。

图解：图片是1929年哈勃对于宇宙膨胀的原始观测，以及随后更详细的但不确定的观测。对比前辈与竞争者，哈勃图表用更优良的数据清晰地显示了红移-距离关系，而现代关于这一块的理论研究更加深远。 (ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L))

近期，为几代人所知的“哈勃定律”被重新命名为“哈勃-勒梅特定律”，但最重要的不是赞扬那些去世几百年的先辈，而是要让每个人了解我们是如何发现主导宇宙的规则，以及这些规则是什么。我很乐意把所有物理定律的名字去掉，仅仅以它们的内容为称谓：红移-距离定律。不仅仅是一个或两个人成果取得发现膨胀宇宙的突破，而是本文提到的或未提及的所有科学家的努力。总的来说，重要的是我们对宇宙如何运作有一个基本认识，这也是科学研究的最终遗产。其他的一切只是人类盲目追求荣誉的本性罢了。

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. medium- Charmy- Ethan Siegel

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宇宙的最终命运，为何是进入五维时空？

最佳答案根据现有的宇宙学模型，宇宙要么永远存在，要么将走向支离破碎。但一些科学家却暗示了一种更加奇怪的宇宙命运。这篇文章，讲述了物理学家对宇宙结局的探索之路。

由于宇宙的持续膨胀，曾经相邻的星系团将高速分离，快到连光都无法填补这个缺口。恒星将燃烧殆尽，宇宙陷入无尽的黑暗……这个“大冻结”（The Big Freeze）理论，描述了当今最为流行的宇宙结局模型。

大冻结理论是宇宙学标准模型的直接结果。这个理论认为，宇宙加速膨胀的推动力——暗能量，将保持不变。这种加速背后的神秘驱动力被称为暗能量，将永远具有不变的力。

大冻结并不是宇宙结局的唯一猜想。大挤压（The Big Crunch）理论认为，暗能量非但不会永保不变，反而可能随着时间的推移而减少，宇宙最终会自我坍缩，压缩成一个奇点，就像大爆炸之前一样。而大撕裂（The Big Rip）理论则认为，暗能量的力量在未来会增加，导致膨胀率继续增加，直到达到光速。最终，所有的物体，包括恒星和星系都会被撕裂成基本粒子。

大冻结，大挤压还是大撕裂？或者三者都不是？对宇宙未来的第四种预测更加令人震惊。它暗示了一个更为奇怪的情形：宇宙可能不会完全终结，而是演化成一种我们目前无法描述的状态。

暗能量是现代宇宙学中最重要的发现。上世纪90年代末，天文学家发现，宇宙的膨胀非但没有随着宇宙年龄的增加而放缓，反而在加速。是什么力量推动着宇宙不断地加速膨胀呢？人们本能地认为是时空自身的真空能推动的。真空中的粒子会在瞬间产生和消失，瞬间消失的粒子可能会产生能量将空间推开。

真空能（Vacuum energy）是一种存在于空间中的背景能量，即使在没有物质的空间中依然存在。但是当用量子物理的原理计算真空能时，它的数值变得非常大。英国爱丁堡大学的观测宇宙学家Catherine Heymans说：“真空能会让宇宙在诞生后迅速膨胀，甚至连第一批恒星和星系都不会形成。”为了避免这个问题，物理学家们设想出一个量子过程将真空能抵消。Heymans说：“在理论物理学中，将某物归零相对容易。”

但是暗能量，或者延伸到真空能量的层面，并不为零。大多数观测指出，宇宙中特定时空体积的真空能量，也就是暗能量密度，随着时间是恒定的。这个数被称作宇宙学常数，用来表示暗能量的强度。但是，要解释其接近零但为正的数值是极其困难的。

于是，另一种试图描述宇宙本质的理论——弦论诞生了。

棘手的问题

上世纪90年代，弦理论已经成为“万有理论”的主要候选者。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是点状粒子，而是非常细微的线状的“弦”，这些弦在9+1维时空里振动。为了符合我们能观察到的4维时空，额外的空间维度必须被“压缩”，紧致到无法被探测到。每一种紧致方法都会导致一个不同的宇宙。弦理论最大的挑战，就是找到描述我们特定时空的唯一解。

这项工作遇到了问题。德西特宇宙（De Sitter space-time）认为，我们生活在在一个由略大于零的宇宙学常数描述的宇宙中，所以怎样用最简单的方法压缩额外的维度是弦理论学家需要努力解决的问题。

2003年，Shamit Kachru、Renata Kallosh、Andrei Linde和Sandip Trivedi（简称KKLT）提出了一种通过用弦理论构建我们的时空的复杂方法。他们的工作被誉为理论的胜利，但却付出了巨大的代价。

弦论在高能环境中生效，例如宇宙大爆炸之后。所以，为了能使该理论描述当今能量较低的时空，弦理论必须寻找自己的有效场论。使用KKLT结构得到的确切时空取决于额外维度是如何压缩的。2005年，弦论学家证明这至少可以用10500种方法来实现，每一种都给了我们一个可行的德西特时空。其结果是一个潜在宇宙的广阔景观，一个多重宇宙，其中所有可以想象的时空都能存在。在这个理论空间中，真空能的取值形成了一个复杂的“地形图”，被理论家称之为弦景观（String Landscape）。虽然KKLT提出了一种建立描述德西特时空的有效场论的方法，但它不能为我们的宇宙提供一个精确的理论。

进入沼泽地

这让哈佛大学的弦论学家Cumrun Vafa感到困扰，他对KKLT构造的模型并不满意。除了没有产生预期的结果，他还认为KKLT的提议在数学上过于复杂，难以验证。

Vafa开始从另一个角度看待这个问题：是否所有可能的有效场理论都能从弦论中产生，或者弦理论能否排除某些有效场论，从而排除掉某些类型的宇宙。他意识到，并非所有的有效理论都可以从弦论中导出。一旦引入引力，一些看似合理的理论就不能准确地描述我们的宇宙——这是一个常见的错误。Vafa将其命名为沼泽地，表示满是站不住脚的想法。

最近二十年来，弦论学家们一直未能构建出任何德西特时空的简单模型。在他的德西特猜想中，所有有效场理论都属于沼泽地。德西特宇宙不可能是弦理论方程的解。

对于Linde来说，德西特宇宙只是个未经证实的解释，他一直支持KKLT结构，即一个具有宇宙学常数的宇宙可以用弦理论来描述。“这是一个复杂的故事，”他说，“一个人不应该基于未经证实的论据，突然放弃以前的成果。”

德西特的猜想“可能对，也可能不对”，Vafa表示，“当我们进一步研究它时，我们就会发现，如果被证明是正确的，它将对宇宙学的标准模型产生重大影响。”根据Vafa等人的研究，其中最重要的一点是，暗能量密度不是一个近似常数，而是随着时间的推移而缓慢减小。

如果这个结论成立，它将对宇宙的命运产生深远的影响。在未来数百亿年内，暗能量可能会趋于零，甚至变为负值。然后，也许宇宙会以大坍缩而告终，而不是永远膨胀下去。

这种改变暗能量的形式被称为精质（quintessence）。精质是一种对于暗能量的假设形式，被提出来解释对于宇宙加速膨胀的观测。这一观点在宇宙学常数走向主流之前非常流行。

Linde是最早研究精质的科学家之一，但他对此并不信服。“精质是可能的，但它带来的问题比它能解决的要多。”他说。过去几年间，有迹象表明，暗能量密度的变化可能实际上解决了一场令人惊讶的宇宙学冲突。

这一矛盾产生于测量当今宇宙膨胀速率，即哈勃常数的两种不同方法。一种方法是通过研究附近星系中的恒星和超新星来直接测量它。另一种方法是研究宇宙微波背景，这是宇宙大爆炸后38万年发出的第一束光，然后从这些数据推断出今天的宇宙。两种方法得到的结果有显著差异。

大扭曲——宇宙全新阶段

这种差异可能是实验误差造成的，但也可以通过暗能量随时间的变化来解决，即将其视为一种精质。

你可能认为遵循Vafa理论的弦论学家会为这个消息感到高兴。但他们没有。Wrase说：“哈勃常数和德西特沼泽猜想方向相反。”德西特猜想要求暗能量密度随着时间的推移而减小；而只有当暗能量密度增加时，哈勃常数问题才能得到解决。

至于宇宙的命运，日益增长的暗能量密度表明，大撕裂，而不是大挤压，正蓄势以待。约翰·霍普金斯大学的Adam Riess说：“这是一个可怕的版本。”最终，每一处时空都有无尽的暗能量，它的斥力会撕裂一切：星系、行星、分子、原子，最终，还有时空本身。“抵抗暗能量将是徒劳的。”Riess说。

因此，我们似乎又回到了起点。暗能量正在减少，保持不变或随着时间的推移而增加，各种观点相互矛盾，宇宙的命运岌岌可危。这就是Vafa认为，有一种方法可以协调沼泽地猜想和哈勃常数的差异。

除了暗能量，宇宙中另一个看不见的组成部分是暗物质。人们认为暗物质的引力将星系和星系团聚集在一起。Vafa说，如果暗能量正在减弱，这将对暗物质产生影响。“弦论告诉你应该有一个相互作用。”Vafa发现，这种相互作用会导致暗物质粒子的质量随着时间的推移而减小。这改变了哈勃常数的外推值，可以缩小误差。

这是否意味着宇宙正走向大冻结，而不是大挤压或大撕裂呢？不完全是。仔细观察会发现，Vafa的想法会让其他场景都显得平淡无奇。这意味着，几百亿年后的宇宙将彻底改变。在弦论中，这通常意味着一个新的维度被打开了。“所以这是一个全新的宇宙，用我们当前宇宙的语言是无法描述的。我们现在生活在三维空间中。在这个新的理论中，它可能含有四个空间维度。”

任何新出现的空间维度都是弦论的一个额外维度从紧化中跳出的结果。这个大扭曲所产生的宇宙将与我们的完全不同。“一个全新的阶段开始了。”Vafa说。因此，虽然宇宙仍将存在，但它将具有什么性质，以及它的后续轨迹将是什么，目前还不清楚。

现在弦论学家通过后续实验，可能很快就会做出一些预测，哪怕只是些简单的预测。例如，如果弦论学家能够证明德西特猜想，就会导致一个预测，即传统宇宙学所青睐的那种时空不可能存在。但如果实验发现了无可争议的证据，来支持宇宙学常数和我们宇宙的德西特真空，“我们可以说弦论是错误的”。

神秘的暗能量，是否真的不能和弦理论相容呢？

最佳答案尚有争议的一篇新论文认为现今宇宙中暗能量分布情况或许根本不可能在弦理论所允许的宇宙“景观”中存在。这篇论文由著名的哈佛大学弦理论学家坎润·瓦法与其合作者们共同撰写；从弦理论出发，他们推演出一个规定了哪些物质是宇宙允许存在，哪些物质是宇宙禁止存在的简单公式。作为“万物理论”的主要候选者，弦理论将引力与量子物理学结合到一起，并将所有物质和力定义为微小能量链振动。

博科园-科学科普：这一理论大约允许10^500种不同解决方案存在，因此便形成了一个巨大、复杂多样的宇宙“景观”。像Wrase和瓦法这样的弦理论学家多年来一直致力于将特定宇宙放入到充满这种可能性之中。目前，瓦法和同事们猜测，我们观念上的宇宙或许在弦理论景观中根本不存在。如果这一猜想成立，宇宙与先前假设的会有大有差异，否则弦理论必定是错误的。瓦法在日本冲绳第2018弦会议上提出了这一猜想，由此引发了激烈的场外争论。

世界各地的物理学家各持己见，赞同声反对声不绝于耳。这场争论相当混乱，但同时也带来了巨大的动力。如果这一猜想成立，那么它对宇宙学有着不可置否的重大影响。研究人员已经开始着手检验这一猜想，并深入探究其含义。Wrase撰写了两篇论文进一步阐述完善其猜想。每当提及当初的想法时，Wrase充满了动力与希望。

可能在弦理论宇宙中出现的“景观”被宇宙中不可推断的“沼泽”包围。在物理学家研究过的所有简单、可行的弦宇宙中，暗能量密度要么不断减弱，要么呈现出稳定负值；然而现今的宇宙似乎有着一个稳定正值出现。图片：Maciej Rebisz for Quanta Magazine

在发表第二篇论文深入探讨这一猜想的两天后，奥比德、普拉泰克·阿格瓦尔和保罗·斯坦哈特发表了自己的观点：简单地说，随着宇宙扩张，能量密度在真空空间的真空度必须比某一速率快。在所有简单基于弦理论的宇宙模型中，该规则似乎也很合理。但它违背了人类对宇宙的两种普遍认知：既不接受当今宇宙膨胀的公认图景，也不接受宇宙由爆炸诞生的主要模式。

1、尚有争议的暗能量

自1998年以来，天文望远镜的观测显示宇宙一直在以前所未有的膨胀，这意味着真空空间一定注入了某种与引力排斥的“暗能量”。此外，在真空中注入的暗能量数量似乎会随着时间推移而保持不变(就像所有人都知道的那样)。但新猜想断言宇宙的真空能量一定在减少。瓦法和他的同事认为，所谓的真空能量稳定、恒定、正值的德西特宇宙不可能存在。

哈佛大学著名的弦论理论家康润·瓦法，13年来一直致力于绘制不可能在宇宙中存在的“沼泽”地图。图片：Hayward Photography

自1998年发现暗能量以来，弦理论家们一直在努力构建稳定的德西特宇宙可信弦模型。但如果瓦法的观点正确，这种努力必然会陷入逻辑上的不一致。德西特宇宙不位于“景观”之中，而位于“沼泽地带”。瓦法解释说：那些看起来一致但最终又不一致的东西，我称其为沼泽；它们几乎看起上去就是景象，你甚至可能会被其愚弄。你认为你应该能够构建它们，但事实上你并不能。

根据“德西特斯瓦尔普兰猜想”，在所有可能的逻辑宇宙中，真空能量要么就像从山上滚下的球不断下降，要么就是一个稳定的负值（所谓的具有稳定的负剂量真空能量“反德西特”宇宙，在弦理论中很容易被构建）。如果这个猜想成立，那就意味着暗能量在宇宙中的密度不可能恒定，而是以一种被称为“典范”的形式存在——在数百亿年中逐渐消失的能量来源。望远镜正在更精确地探测宇宙恒定速率是否在加速膨胀，这意味着随着新空间产生，同时也会有一个成比例的新暗能量出现，或者宇宙加速逐渐改变，如典范模型。

典范的发现将彻底改变基础物理学和宇宙学，包括改写宇宙的历史和未来。一个完整的宇宙将会逐渐减速，而不是在一个大撕裂口中被撕裂。在大多数模型中，无论是大收缩还是大反弹，最终都将会停止膨胀和收缩。普林斯顿大学宇宙学家、瓦法的共同作者之一保罗•斯坦哈特表示：在未来几年，所有人都应该关注”暗能量研究，WFIRST和欧几里德望远镜对暗能量密度是否正在改变的测量。如果发现它与经典理论不一致，那也就意味着要么“景观”想法是空谈，要么弦理论是错的，要么两者皆是虚论，或者经典理论出了问题。

2、陷入包围的膨胀

新“沼泽”猜想对人们普遍相信宇宙诞生的故事提出了质疑：宇宙膨胀的大爆炸理论。宇宙大爆炸理论表示微小充满能量的时空微粒迅速膨胀，形成了现在的宏观宇宙。这个理论用于解释宇宙是如何变得如此巨大、平滑和平坦。假设的能量“膨胀场”被认为驱动了宇宙膨胀，但这与瓦法的公式有矛盾之处。瓦法和其他研究人员解释说：为了遵循公式，膨胀场的能量可能需要过快地衰减，才能形成一个足够平滑的宇宙，因此，这个猜想否定了许多流行的宇宙膨胀模型。在未来的几年里，类似Simons天文台这样的望远镜将会寻找宇宙膨胀的确凿证据，为事实正言。

与此同时，通常组成统一战线的弦论理论家们对这个猜想持有不同意见。斯坦福大学物理学教授伊娃•西尔弗斯坦认为这一猜想是虚论。她的丈夫斯坦福大学教授沙米特·卡赫鲁与妻子持相同观点，他是著名的2003篇论文KKLT（作者的名字缩写）的第一个“K”，这些论文提出了一套可以用来构建德西特宇宙的细腻成分。2003年发表的一篇著名论文提出了一套可以用来构建德西特宇宙的细腻成分。瓦法的公式说Silverstein和Kachru的结构无法正常运作。西尔弗斯坦开玩笑说：我们家都被这些猜想包围着；基于新论文的观点，加速膨胀模型现在比以前更受欢迎。

基本上只是推测这些东西并不存在，并且引用了非常有限甚至在某些情况下非常可疑的分析。纽约大学弦理论学家和宇宙学家马修·克雷班也在研究膨胀的弦模型。他强调新沼泽推测具有高度可推测性，同时也是“灯柱推理”的一个例子，因为大部分弦景观还有待探索。根据现有证据，他承认推测可能是正确的。克雷班补充说：弦理论可能是正确的，也许弦论不能描述世界，并且暗能量可能使它变得虚假。但这显然非常有趣。

3、绘制沼泽地图

德西特·斯瓦尔普兰猜想和未来实验是否真有能力证明弦理论的正确性还有待观察。21世纪初发现弦理有大有约10^500种解法，打破了它可能成会独一无二地、不可避免地预测宇宙性质的梦想。这个理论几乎可以支持所有的观测结果，并且很难通过实验来验证或反驳。2005年瓦法和网络合作者开始思考如何绘制出绝对真实自然的基本特征来降低可能性。其中“弱引力猜想”声称引力必定是所有逻辑宇宙中最弱的力，不符合这些要求的宇宙会从景观中被抛入沼泽地中。

加州理工大学的理论物理学家和瓦法第一个合作者之一Hirosi Ooguri说：这些斯瓦尔普兰猜想中有很多都是以抵御攻击而著名，而且现在有些人建立了一个非常坚实的理论基础。例如，弱引力猜想已经积累了大量证据，以至于有人怀疑弦理论是否是正确的量子引力理论。年构建宇宙弦模型的努力创造了景观结束和斯瓦尔普兰猜想。这个项目面临的主要挑战是弦理论预测了10个时空维度的存在——这个维度远远超过了我们的四维宇宙。弦理论认为额外6个空间维度一定很小，并且在每个点上都紧密地弯曲。景观源于配置这些额外维度的不同方式。

但是，尽管可能性是巨大的，但像瓦法这样的研究人员已经发现了一般原理。例如弯曲的维度通常会向内收缩，而电磁场往往会把所有的东西分开。在简单稳定的构型中，这些效应通过负真空能量产生平衡，从而创造出反德西特宇宙。在物理学中，通常会有一般现象的简单例子，但德西特宇宙不是如此。KKLT的论文提出了“通量”、“瞬子”和“反膜”等丝丝入扣的结构，这些结构可能成为配置正的、恒定真空能的工具。然而这些结构非常复杂，多年来其不稳定性已经被确认。

尽管Kachru说：没有对此有任何严重的怀疑，但许多研究人员已经开始怀疑KKLT所述终不会创造出稳定的德西特宇宙。瓦法认为早该对稳定的德西特宇宙模型进行一致搜索。他的猜想最重要的就是要解决这个问题，在他看来，弦理论家们并没有动力去弄清楚弦理论是否真的有能力描述我们的世界，而是认为弦景观巨大，它必然有一定的方位，即使没有人知道它在哪里。

弦理论中的大部分研究者仍然站在德西特构造一边，因为他们认为“我们生活在具有正能量的德西特宇宙中，所以一定会有更好的那种例子”。瓦法的猜想激起了整个圈内的行动，像Wrase这样的研究者正在寻找稳定的德西特反例，而其他人则很少探索复杂的宇宙模型。同样有兴趣知道这个猜想是真是假，提出问题是我们应该做的，证明或推翻它是我们取得进步的方法。

宇宙是动态的吗？

最佳答案20世纪初，爱因斯坦创立了广义相对论，这就为研究宇宙的整体

结构提供了理论基础．宇宙的整体性质由引力场方程决定．荷兰物理

学家德西特首先获得了引力场方程的一个宇宙解，但它是动态的而不

可能是静态的：宇宙要么是膨胀的，要么是收缩的．观测上，哈勃发

现河外星系的视向退行与距离成正比，即距离越远，视向越

大．这说明宇宙空间中任意两个星系间的距离都在增大，宇宙在膨胀．

如果一个膨胀的宇宙沿时间反溯回去将会达到一个原始的超密态，也

就是宇宙于过去某一时刻创生于一次原初物质的大爆炸过程．这就是

大爆炸宇宙学的宇宙模型．为了理论预言和实验观测相一致，宇宙在

极早期曾经历一个暴胀阶段

所以为动态

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