今日之危機:三大謎題

■ 嚴小平

螺旋星云曾經(jīng)被稱為上帝之眼。圖為斯匹策太空望遠鏡拍攝到的螺旋星云的紅外線影像

現(xiàn)代宇宙學似乎有大量新儀器、大量新粒子系統(tǒng)，并且對整個能譜有一些令人驚嘆的觀察。然而，我們卻被當代三個最大的謎團所困擾，這就是暗物質(zhì)、暗能量和加速膨脹的宇宙。

1933年，在加州理工學院供職的瑞士天文學家弗里茨·茲威基（1898—1974），正在分析后發(fā)星系團的觀察結果。在估算可見星系質(zhì)量的基礎上，他得出這樣的結論：這個星系團正以比我們想象快400倍的速度旋轉(zhuǎn)。然而，要防止這些高速運動的恒星和星系團飛出軌道，它自身可見的質(zhì)量是遠遠不夠的。茲威基推斷，一定有某種不可見的質(zhì)量以其強大的引力控制著它們。75余年以來，這類觀察已多次為許多天文臺所驗證。

20世紀60年代和90年代，天文學家維拉·魯賓（1928—？）提供的進一步證據(jù)顯示，螺旋星云有50%以上的恒星在以大致相同的速度運動。這就意味著，那些恒星像瓶子一樣，跟著一個巨大的不可見物質(zhì)的激流全速行進。換句話說，這些可見的恒星的動能幾乎可以忽略不計。這說明，不可見的、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的邊緣遠離最外面的、可見的恒星，并且這個黑暗巨塊本身比可見的星云要大得多。

這可能會成為我們將來的第四大謎題。因為時至今日，我們?nèi)匀荒芸吹酱蠖鄶?shù)星云的中心都有一個巨大的黑洞，包括我們的太陽系。但是，對于黑洞的起源和特性我們還沒有足夠的了解，尤其是它們在星云的生命周期中的作用尚不為人知。一種理論認為，黑洞形成于大爆炸后的宇宙早期。

哈勃和勒梅特確認宇宙在膨脹之后，20世紀20年代，愛因斯坦、霍伊爾和其他人拒絕接受這個理論，而堅持宇宙既不縮小也不擴大的宇宙觀點。

但勒梅特關于原始原子的觀點并未走多遠。到20世紀中期數(shù)十年來，積累起有關大約150億年前大爆炸的證據(jù)，以及宇宙不斷膨脹的證據(jù)。

20世紀中期，恒穩(wěn)態(tài)觀點失去了追隨者，因為大多數(shù)宇宙學家加入了一場新的辯論。宇宙的質(zhì)量足以阻止大爆炸，使得膨脹最終慢下來，以便宇宙向內(nèi)塌縮嗎？也許，宇宙本身就處于一個出生、死亡、再出生的永不停息的周期之中？又或者，大爆炸的能量強到足以克服宇宙的引力，以致這個宇宙只會不斷變大，變得更加稀薄，直到最終達到一個點？在這個點，粒子之間離得太遠而相互接觸不到（熵的形式）？

1988年的觀察結果得到了令人吃驚的消息：這些推測都是錯誤的。宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹。為了說明這個謎一樣的結果，出現(xiàn)了眾多觀點，而居于主導地位的說法就是暗能量。

同暗物質(zhì)一樣，暗能量也是不可見的、未知的、尚未被理解的、完全推理的。同暗物質(zhì)一樣，只有當它在宇宙中作用于主體時才被認識。

1.引力導致加速

要是宇宙加速膨脹根本就不是神秘暗（能量）推力引起的，那會怎樣呢？

要是它是由一種眾所周知的現(xiàn)象，與引發(fā)牛頓提出萬有引力定律的蘋果下落現(xiàn)象并無二致，那會怎樣呢？

要是引力在加速宇宙膨脹，那么，根據(jù)眾所周知的定律，掉入引力場的物體會下落得越來越快，那會怎樣呢？

唯有宇宙沒有掉向一個方向。就像一個氣泡爆破，同時向各個方向掉去。

如果真是這樣，我的想法就將導致一系列認真的結果。讓我們輕松一下，跟隨這個思路看看，它會走向何方。我要給你一個暗示：這是循環(huán)的。

2.超越我們宇宙的更大結構

要是我們的宇宙被向各個方向撕開，這意味著我們宇宙的外面有一個更大的結構，而我們的宇宙只是這許多（也許是無限多的）宇宙中的一個。這更大的宇宙需要一個名字，我叫它母宇宙。有一段時間，曾有平行宇宙或然世界的說法，這是這個主題的一個獨特的變體。

3.母宇宙里有東西

關于這個推測的母宇宙，我們能夠了解什么？

首先，它一定比任何子宇宙，包括我們的宇宙更大。這個母宇宙集合體的引力質(zhì)量遠遠大于我們這個宇宙的質(zhì)量，并且能夠把任何宇宙拉開，正如現(xiàn)在對我們的宇宙做的一樣。母宇宙是自然中最大的力，它的特征是：集合了所有成員宇宙的引力，外加所有自由飄浮的引力源點，這些引力源點把這些宇宙制作成一個個的吸積球。

4.規(guī)則與假定

簡易是我要提出的第一個規(guī)則，“組成”猜想的材料越少越好，因為這是在第一個猜想的基礎上的一系列猜想。

如果引力導致了膨脹，而引力就是你所謂的暗物質(zhì)，那么這個能量就不再暗了，不再神秘了，也不再需要用暗來指稱了。

因為現(xiàn)存的宇宙學幾乎整個停留在單一宇宙的研究上，所以我們無須違背它的任何原理。據(jù)我所知，標準模型尚未受到攻擊，它只是在一個更小的范圍內(nèi)運行。同時，自然法則在這兒將被假定到處都一樣。事實上，我們宇宙的機制有助于我們理解這個假想的母宇宙。例如，一套通用的機制使恒星在我們的宇宙中形成，使宇宙在母宇宙中形成。

5.引力源點

正如上面第三點所說，這兒有東西。但它是什么樣的東西呢？它既不是物質(zhì)也不是能量，但卻是所有事物中最基本的事物，是第三種東西。因為我們知道它擁有的唯一的性質(zhì)就是引力，所以我稱它為一小片純引力。

我要說，這就是我所認為的神秘的暗物質(zhì)。這是一個小片（或者它可能是一個毛球或無論什么，但由于它的黏性，我要說它是一個小片），沒有質(zhì)量，沒有能量，與我們有聯(lián)系的事物都沒有這種性質(zhì)。我把這種引力小片叫做引力源點。

當我把暗物質(zhì)拋到窗外的時候，我要提到引力源點所具有的另外的屬性，因為這是整個方案起作用的關鍵。首先，它非常微小，這是我們看不見它的一個原因。把它看做一個粒子，無窮地小，以致小小一夸克看起來就跟鄰近它的太陽系一樣大，這要審慎得多。

6.隨機布朗運動

為了保持簡易，我認為最方便的說法就是，在這個母宇宙中有無限的時間和空間。這是無限和永恒，并且包含無限數(shù)量的恒星。

正如同樣的原理適用于所有星系，也同樣適用于我們太陽系。簡單性表明，我們假定自然原理在母宇宙中和在我們的宇宙中是一樣的。還記得我們先前說過，一些宇宙學家認為，黑洞是在宇宙初期形成的嗎？論據(jù)是，如果假定黑洞是某種真空度升高的物質(zhì)，直到它們變得如此之大，以致向內(nèi)塌陷，形成使光也無法逃逸的事界，那么，物質(zhì)的密度是不夠的。除了質(zhì)量以外，還需要運動、擾動激發(fā)那個罐，以便那些黑洞能在宇宙初期形成。我現(xiàn)在要借用這個概念。

一個類似的想法適用于有引力源點的母宇宙，這使我保留了關于引力源點的二個觀點。我們說過，它們是純引力小片，而且它們非常非常小。

我要做的第三件事是借用我們的老朋友——隨機布朗運動。所有那些無窮盡的微小引力源點像池塘里的小斑點，在不停地運動。這意味著引力源點攜帶著動能。“但它們沒有質(zhì)量呀，”你會說，“這怎么可能？”我們只需把引力看做一種與物質(zhì)和質(zhì)量不同的力。事實上，我將結束剛才的認識（也可能放棄），認為引力源點是現(xiàn)存世界基本的“事物”。當我們制造一個宇宙的時候，很快就會發(fā)現(xiàn)它是怎樣起作用的。

在600千米的距離上觀看十倍太陽質(zhì)量的黑洞（模擬圖），背景為銀河系

7.吸積球

所有這些引力源點以隨機布朗運動的方式四處飄散。每個引力源點是那么小，它的引力也那么小，以致任何二個引力源點實際上都必須相互靠攏相互粘連。在這個集合體中，除了吸積球和完成的宇宙，引力源點就是母宇宙全部引力的一個重要組成部分，是自然中最強大的力量。

越來越多的引力源點隨機粘連在一起（正像大得多的氫分子在真空中的宇宙內(nèi)相互尋找），些引力源點很幸運地結合并開始形成一個吸積球。吸積球四處飄移，直到某一刻，也許它喪失了隨機布朗運動。它在母宇宙的總引力中變成一個固定的點。但是，仍有越來越多的引力源點飄過來。

我們能看見這事發(fā)生嗎？我一度認為不能，但現(xiàn)在我發(fā)現(xiàn)，我們沒有理由懷疑，至少運轉(zhuǎn)的宇宙在不斷傳來遙遠的光暈。所以，也許有某種暗淡的對日照（對日照是日光被細小的星際塵埃微粒反向散射而成）。我們不會看見引力源點，但它是可以想見的，吸積球可能開始發(fā)出某種能量，這種能量也許來自無處不在的隨機布朗運動所蓄積的全部動能。隨著吸積球不斷增長，它變成一種陷入自身的時空引力，并開始吸凈周圍空間的引力源點。

8.關鍵事件C-1

由于理論上碰巧，當一個黑洞（只是另一個裝得過滿的球）形成的時候，吸積球達到一個點，在這個點上，它質(zhì)量的全部引力克服了任何阻力，吸積球塌陷了。球體原材料的性質(zhì)由獨立的引力源點變成一種原始能量。

9.關鍵事件C-2

C-1立即收縮到一個點，這與勒梅特的原始原子一致。這個原材料變成一種由有形的引力源點和鈦小片構成的超高壓物質(zhì)形式，勢能經(jīng)歷了某種最初的活躍階段。這就是關鍵事件C-2。

按我的預想，C-2是一個極短的瞬間，而就在這一瞬間，勒梅特著名的原始原子形成了。這是一種難以置信的壓力狀態(tài)，且二者都極其短暫，無法持續(xù)。吸積球恰好在這時被壓縮到一個點。

10.關鍵事件C-3

很快，同大爆炸一樣，C-2的原料粉碎了。在壓縮的C-2里面所儲存的全部東西一下子飛散了，正如我們所知道的——宇宙誕生了。時空開始膨脹，在標準模型中，產(chǎn)生了隨之而來的所有情況。這是一個巨大暴力和干擾的高能時期，最終出現(xiàn)了我們所知的宇宙。

有三種類型的原料向前飛，我稱之為C-3。大多數(shù)小片現(xiàn)在緊緊地混合在一起，它們是最原始的物質(zhì)。

11.暗物質(zhì)

大量的C-3巨塊粉碎飛散，這便是我們察覺的黑暗的東西，叫做暗物質(zhì)。

12.黑洞

大量的C-3原料在吸積球里被巨大的引力緊緊地連在一起，這些巨塊變成黑洞，猛地將原始物質(zhì)的巨大斑塊吸附在一起，然后將經(jīng)歷無數(shù)漫長的歲月，慢慢地沸騰分離開來——要是真會這樣的話。

13.C-3可見的

少量的C-3原料，也許是4%，從位于C-2宇宙的原始點向四面八方逃逸。許多這種可見原料有大量的能量，它把自己包裹在黑洞周圍。

事實上，根據(jù)我們在銀河系的觀測數(shù)據(jù)，不可見原料似乎比可見原料要多得多。三類C-3原料形成黑洞、可見恒星的漩渦和不可見的小片巨塊。

14.永恒的循環(huán)

母宇宙立即開始工作，它以巨大的引力把新生的宇宙拉開。這個過程可能需要數(shù)百億年。

在膨脹的宇宙外緣，是我所稱的宇宙隙。這是母宇宙內(nèi)的一個界線，我們這個宇宙的成長，還沒有越過這個界線。我們宇宙的膨脹，跟隨所有預期的事件。當膨脹減緩到一個點，那兒是母宇宙的真空地帶，飄浮著引力源點，這時候，有可能來自我們的宇宙的某些黑洞原料，實際上會成為新的吸積球的種子原料。

乍一想，母宇宙里未必會飄移著宇宙，因為雖然它們的質(zhì)量會是一個巨大的吸引子，但這吸引子必須對抗更大的母宇宙質(zhì)量集合體。如果母宇宙從四面八方平均用力拉扯，這些宇宙就會傾向于保持固定位置。問題是，在母宇宙內(nèi)是否有若干個較大的宇宙結構，就像宇宙中有若干個巨大的星云結構那樣？

吸積球周圍的真空問題值得進一步思考。如果說宇宙不是某種形式的氣泡或者膜，而只是母宇宙內(nèi)的一個屬性，就像銀河系不是被包裹在膜里一樣，那么，宇宙真空就可以解釋為吸積球留下的虛空。如果這樣的話，這個問題就變成，某些自由飄浮而沒有被星云捕獲的看不見的物質(zhì)，是否會是自然飄浮在母宇宙中的引力源點原料，而不是我們這個宇宙的一部分。

同時，又提出了另一個問題，來自母宇宙本身的自由飄浮的引力源點，是否開始飄入我們這個宇宙的引力場？