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宇宙一直在膨胀吗?

2016-11-24 环球解密

多数天文学家都接受了宇宙大爆炸、宇宙膨胀的解释,因为目前这是解释宇宙来龙去脉最合理的一种解释。但天文学家也对这个解释不太满意,因为宇宙开始于一个体积无限小、质量无限大的奇点,这就很古怪;然后宇宙膨胀又曾经有超越光速的时期,这更加古怪,与物理学基本规律是相违背的。

许多天文学家试图修正大爆炸理论,来解释这些古怪现象。德国海德堡大学的一位理论物理学家则干脆推翻了宇宙膨胀的说法,从理论上建立了一种新的宇宙演化模型,解决了古怪的奇点和超光速问题。这位物理学家名叫克里斯托弗•维特里克,他的模型最核心的一点是,宇宙中粒子的质量在不断增加,而宇宙如今并没有膨胀。

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说到宇宙膨胀,最重要的证据是天体的红移。上世纪20年代,美国天文学家埃德温•哈勃通过研究星系的光谱发现,大多数星系的光谱都向红端移动,而且星系距离地球越远,红移的量就越大。哈勃认为,正是因为宇宙在膨胀中,所以星系都在彼此远离,那么从地球看过去,星系发出的光谱就出现了红移的现象。

维特里克要推翻宇宙膨胀的说法,就必须重新解释星系的红移现象。他指出,原子释放出什么样的光,其实是与组成原子的基本粒子的质量有关的。如果某个原子的质量增加了,那么它释放出的光的能量也会变得更高。光的能量越高,频率就会越大,光谱就会向蓝色端移动;反之,如果粒子质量减少,则光的能量也下降,光谱就会向红色端移动。

既然宇宙中粒子的质量在不断增加,那么对于一个星系来说,过去的质量要比现在小。我们还知道,光速虽然非常快,但毕竟速度是一定的,当我们看遥远的星系时,实际上看到的是星系过去的样子。根据维特里克的模型,星系也是由无数的原子构成的,我们看到的是星系质量小的时候的样子。于是,我们看到越古老的星系,红移就越大。其实星系到我们地球的距离并没有什么变化,它们只是现在的质量比过去变大了。由于基本粒子质量是在不断增加的,那么,回溯到宇宙开始的时候,粒子的质量比起现在要轻得多,所以奇点并不像大爆炸理论所描述的是那副质量无限大的样子,即使真的存在一个奇点,质量也是很有限的,甚至奇点都可能是无中生有,从一片虚无中冒出来的。

维特里克并不完全否定宇宙膨胀,只是他认为宇宙膨胀只发生在宇宙刚开始的那段时期,也就是大爆炸理论所说的暴涨时期。根据他的模型,那段时期宇宙的确在膨胀,但是考虑到当时基本粒子质量很轻,宇宙的膨胀并没有超过光速,宇宙的膨胀是符合物理学基本规律的。这位德国物理学家还认为,经过那段短暂的宇宙膨胀时期之后,随着基本粒子质量的增加,对膨胀产生了反作用,今天的宇宙其实已经停止了扩张的脚步,甚至可能有所收缩了。

维特里克对宇宙的解释一推出,就引起了天文学家的广泛讨论。这个理论的一个问题是,目前,我们似乎无法检验它的对错。如果基本粒子的质量在不断增加,那么我们用来称量质量的国际千克容器的质量其实也在随着时间的流逝而增加,因此我们可能无法测量出物体质量的增加。维特里克倒不是很担心检验的问题,他觉得未来人们一定可以找到好的方法来检验粒子质量是否在增加。他的新模型既可以解决奇点的难题,也可以解释宇宙暴涨时超光速的难题,这已经很成功了。

如果他的模型是正确的,那么我们就可以很容易推出宇宙的未来。随着基本粒子质量越来越大,宇宙将由目前的停止扩张状态逆转为开始收缩,越来越小。最终,宇宙还会变回一个很小的点吗?

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