1900年，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵曾經(jīng)斷言：“物理學(xué)中已經(jīng)沒(méi)有什么可發(fā)現(xiàn)的了。剩下的工作只是不斷地提高精確度。”但是三十年后，量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論使這個(gè)領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化。今天，沒(méi)有物理學(xué)家敢宣稱(chēng)我們對(duì)宇宙已經(jīng)全然了解。恰恰相反，每一次新發(fā)現(xiàn)，都會(huì)打開(kāi)一個(gè)更大、隱藏著更深層疑問(wèn)的潘多拉魔盒。
暗能量
不管天體物理學(xué)家怎么計(jì)算，都無(wú)法拼湊出一個(gè)完整的宇宙。即便引力在時(shí)空體中不斷地把宇宙向回拉，宇宙的結(jié)構(gòu)仍然在越來(lái)越快地向外擴(kuò)展。為了解決這個(gè)問(wèn)題，天體物理學(xué)家設(shè)想存在一種看不見(jiàn)的反引力載體，是它在不斷地把時(shí)空推向解體。他們把這種東西叫“暗能量”。在一種人們普遍接受的暗能量模型中，暗能量是一種“宇宙常量”：一種空間本身固有的特點(diǎn)，能夠產(chǎn)生一種“負(fù)壓”，使空間不斷地?cái)U(kuò)大。隨著空間的不斷擴(kuò)張，會(huì)有更多的空間產(chǎn)生出來(lái)，因而空間固有的暗能量也會(huì)越來(lái)越多。基于對(duì)宇宙膨脹速度的觀(guān)測(cè)，科學(xué)家已經(jīng)知道，所有暗能量加起來(lái)，占到了宇宙總量的70%以上。然而無(wú)人知曉該如何尋找暗能量。
暗物質(zhì)
很明顯，宇宙物質(zhì)總量的84%既不吸收光，也不發(fā)光?！鞍滴镔|(zhì)”，正如其名，無(wú)法被直接看到，也從未被間接檢測(cè)到。我們只是從它施加在可見(jiàn)物質(zhì)、輻射和宇宙結(jié)構(gòu)上的引力效應(yīng)，來(lái)推斷暗物質(zhì)的存在和特點(diǎn)。據(jù)信這種虛無(wú)縹緲的物質(zhì)散布在星系外圍，它們可能是由“弱相互作用重粒子（WIMP）”構(gòu)成的。人們?cè)谌蚋鞯卦O(shè)置了多個(gè)傳感器，來(lái)尋找這種粒子，但是到目前為止，一個(gè)也沒(méi)發(fā)現(xiàn)。
時(shí)間之箭
時(shí)間之所以會(huì)向前推進(jìn)，是因?yàn)橛钪娴囊环N屬性——“熵”，大致可以理解為無(wú)序的程度——只會(huì)增加，因此無(wú)法在事件發(fā)生之后使熵反轉(zhuǎn)。熵的增加是一個(gè)邏輯問(wèn)題：無(wú)序排列的粒子比有序排列的粒子要多，因此隨著事件發(fā)生變化，它們會(huì)趨向于走向無(wú)序。但是這背后的問(wèn)題是，為什么過(guò)去的熵如此之低？換句話(huà)說(shuō)，為什么一個(gè)在小空間內(nèi)塞滿(mǎn)了大能量的嬰兒宇宙會(huì)那么有序？
平行宇宙
天體物理學(xué)數(shù)據(jù)顯示，時(shí)空可能是“平坦”的，而不是彎曲的，因此它可能是永恒的。如果是這樣的話(huà)，那么我們所能看到的這片區(qū)域（我們把它當(dāng)作“宇宙”）只不過(guò)是一個(gè)無(wú)限大的“多元宇宙”中的一小塊。與此同時(shí)，量子力學(xué)定律又表明，每一小塊宇宙（可能存在著10^10^122個(gè)）中，粒子排列的可能性是有限的。因此，由于存在著無(wú)限多這樣的小塊宇宙，粒子排列的方式在無(wú)限多次后，是會(huì)重復(fù)的。也就是說(shuō)存在著無(wú)限多個(gè)平行宇宙：有與我們完全相同的（存在著和你完全相同的一個(gè)人），有與我們只在一個(gè)粒子的位置上有差異的，也有與我們?cè)趦蓚€(gè)粒子的位置上有差異的，如此一直延續(xù)，直至一個(gè)與我們完全不同的宇宙。
這個(gè)邏輯是不是有錯(cuò)？如此古怪結(jié)果會(huì)不會(huì)是真的？如果沒(méi)錯(cuò)，那我們又該如何對(duì)平行宇宙的存在加以檢驗(yàn)？
物質(zhì)和反物質(zhì)
物質(zhì)為什么會(huì)比帶相反電荷、自轉(zhuǎn)方向相反的同胞——反物質(zhì)多？這實(shí)際上也是在問(wèn)世間的一切為何會(huì)存在。一種假設(shè)認(rèn)為，宇宙對(duì)物質(zhì)和反物質(zhì)是一視同仁的，如果是這樣的話(huà)，那么在宇宙大爆炸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。但是如果那樣的話(huà)，所有的一切都會(huì)徹底湮滅：質(zhì)子會(huì)和反質(zhì)子湮滅，電子會(huì)和反電子（正電子）湮滅，中子會(huì)和反中子湮滅，等等，剩下的只會(huì)是一片沒(méi)有物質(zhì)的光子之海。但是事實(shí)上物質(zhì)要多出一點(diǎn)，沒(méi)有完全湮滅，因此才有了我們。為什么會(huì)如此？人們?nèi)匀话偎疾坏闷浣狻?/span>
宇宙的命運(yùn)
宇宙的命運(yùn)非常依賴(lài)于一個(gè)值——Ω，宇宙物質(zhì)和能量的密度。假如Ω大于1，那么時(shí)空就像一個(gè)巨大的球體表面那樣，是“封閉”的。如果沒(méi)有暗能量，那么這樣的宇宙最終會(huì)停止膨脹，并開(kāi)始收縮，最后在所謂的“大擠壓”事件中結(jié)束。如果宇宙是封閉的，但是又存在暗能量，那么這個(gè)球形宇宙會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去。
如果Ω小于1，那么空間的幾何學(xué)特征就會(huì)像馬鞍那樣，是“開(kāi)放”的。如果是這樣，那宇宙會(huì)首先發(fā)生“大凍結(jié)”，然后發(fā)生“大撕裂”：宇宙的加速膨張首先會(huì)使所有星系和恒星解體，使一切將陷于寒冷和孤寂之中；然后還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，連原子也無(wú)法再繼續(xù)結(jié)合在一起，一切都將分崩離析。
如果Ω等于1，宇宙就將會(huì)是平坦的，它在各個(gè)方向上都會(huì)是無(wú)限平整的。如果沒(méi)有暗能量，這樣平整的宇宙將會(huì)以持續(xù)下降的速率膨脹，直到最后達(dá)到平衡。如果存在暗能量，那么這個(gè)平坦的宇宙最終也會(huì)經(jīng)歷失控的膨脹，導(dǎo)致“大撕裂”。
還是順其自然吧。
波函數(shù)的塌縮
支配電子、光子和其它基本粒子奇特領(lǐng)域的是量子力學(xué)法則。粒子和小球不同，更像一種在大范圍內(nèi)存在的波。每個(gè)粒子分布的可能性，都可以用“波函數(shù)”來(lái)描述。我們由此獲知的，是它的位置、速度和其它特點(diǎn)的可能性，而非確切數(shù)值。粒子實(shí)際上是所有特點(diǎn)的一組數(shù)值，直到你通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量這組數(shù)值中的一個(gè)——比如位置——當(dāng)你測(cè)量的那一刻，粒子的波函數(shù)就“坍縮”了，此時(shí)它的位置將是唯一的。
為什么對(duì)粒子的測(cè)量會(huì)導(dǎo)致它的波函數(shù)發(fā)生坍縮，并由此產(chǎn)生我們可以理解的現(xiàn)實(shí)？這個(gè)問(wèn)題，被稱(chēng)為量子測(cè)量問(wèn)題，看起來(lái)可能非常難懂，但是我們對(duì)現(xiàn)實(shí)的理解，或者說(shuō)要探究現(xiàn)實(shí)究竟是否存在，都有賴(lài)于這個(gè)問(wèn)題的答案。
弦理論
當(dāng)物理學(xué)家把所有基本粒子描述為一維的弧圈，也就是以不同的頻律顫動(dòng)的“弦”時(shí)，物理學(xué)變得簡(jiǎn)單了。弦理論允許物理學(xué)家把統(tǒng)轄粒子的量子力學(xué)與統(tǒng)轄時(shí)空的廣義相對(duì)論進(jìn)行調(diào)和，并把自然界的四種基本作用力統(tǒng)一在一個(gè)框架內(nèi)。但是問(wèn)題在于，要讓弦理論行得通，宇宙就必須存在10至11個(gè)維度：三個(gè)大的維度，六至七個(gè)被壓縮的維度，再加上一個(gè)時(shí)間維度。被壓縮的維度，和顫動(dòng)的弦本身，都存在于比原子核還小十億萬(wàn)億倍的尺度上。我們無(wú)法對(duì)如此小的尺度加以檢驗(yàn)，因此，弦理論既無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)被證明，也無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)被證偽。
渾沌中的秩序
物理學(xué)家無(wú)法明確地用一組方程對(duì)流體行為進(jìn)行描述，無(wú)論是水、空氣，或其它液體和氣體。實(shí)際上，連這方面的通用解決方案，也就是所謂的納維-斯托克斯方程是否存在也是不清楚的，即便有這樣的方案，也不知道它是否能夠?qū)λ械牧黧w進(jìn)行描述，不知道那里是否存在著永遠(yuǎn)也無(wú)法獲知的“奇點(diǎn)”。因此，我們?nèi)匀晃茨軐?duì)大自然的混沌狀態(tài)有很好地了解。物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家仍然在彷徨，天氣僅僅是難以預(yù)測(cè)，還是其本身就無(wú)法預(yù)測(cè)？是湍流超越了數(shù)學(xué)的描述能力，還是我們沒(méi)有找到正確的方法？
聯(lián)系客服
