北京
先說一個(gè)你八成也見過的場景：把一根鉛筆頭朝下立在桌上，數(shù)學(xué)上這完全成立，所有力都平衡了，方程組毫無破綻。但你也知道接下來會(huì)發(fā)生什么——稍微吹一口氣，鉛筆就倒了。這種在紙面上完美、碰到現(xiàn)實(shí)就崩的“解”，加州大學(xué)戴維斯分校的數(shù)學(xué)家布萊克·坦普爾用它來形容我們目前對(duì)宇宙的最佳解釋模型。好吧，聽起來不像什么好話。
咱們把時(shí)間撥回三十年前。天文學(xué)家在1990年代發(fā)現(xiàn)一件很不對(duì)勁的事：宇宙不只是在膨脹，而是在加速膨脹。星系們不只越跑越遠(yuǎn)，還跑得越來越快。這就像你扔一個(gè)球，它不但不掉下來，反而自己加速往上竄，擱誰都得懵。當(dāng)時(shí)迫切需要找個(gè)解釋，于是暗能量被請(qǐng)上了臺(tái)面——一種看不見的壓力，鑲嵌在空間本身的結(jié)構(gòu)里，把一切往四面八方推。沒人直接探測到過它，但方程需要它，那它就進(jìn)了方程。
從此暗能量成了現(xiàn)代宇宙學(xué)的鎮(zhèn)店之寶。可坦普爾和他的同事們覺得這鉛筆立得不太穩(wěn)。他們最近在《皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊》上發(fā)表了一篇論文，給出了一個(gè)數(shù)學(xué)證明：那個(gè)以暗能量為支柱的標(biāo)準(zhǔn)宇宙膨脹模型，從根本上就是不穩(wěn)定的。不是什么小修小補(bǔ)就能救的毛病，而是像立起來的鉛筆那樣的不穩(wěn)定。在物理學(xué)里，一個(gè)不穩(wěn)定的解不只是“不太可能”，它干脆被認(rèn)為是不物理的，也就是你在自然界里永遠(yuǎn)觀察不到的東西。
問題出在弗里德曼時(shí)空上。這是咱們理解大爆炸以及之后一切的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)框架。弗里德曼模型假定物質(zhì)均勻地分布在空間中，各方向同步膨脹。干凈、漂亮，但在坦普爾團(tuán)隊(duì)看來，數(shù)學(xué)上站不住腳。他們的證明顯示，這類模型無論是在小尺度還是大尺度上都不穩(wěn)定，而且這種不穩(wěn)可以一直追溯到宇宙大爆炸本身。
這還不算最妙的地方。真正有意思的是，當(dāng)你把這個(gè)不穩(wěn)定性從方程里剔掉，宇宙的加速膨脹并沒有消失，它只是換了一種解釋。坦普爾團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，加速膨脹其實(shí)是愛因斯坦原始方程里自然長出來的東西，根本不需要再在旁邊額外拴上一個(gè)叫“暗能量”的補(bǔ)丁。宇宙之所以加速，不是因?yàn)槟撤N神秘的無形之力，而是大爆炸發(fā)生后，時(shí)空和物質(zhì)在數(shù)學(xué)上本來就該這么動(dòng)。
這么說吧，咱們這些年念茲在茲的“暗能量”可能就像是為了解釋鉛筆為什么沒倒而發(fā)明出來的某種隱形的膠水。你費(fèi)盡心思給膠水建模，結(jié)果回頭一看，鉛筆本來就立不住，膠水純屬白忙活。
當(dāng)然，這個(gè)故事還有一個(gè)別扭的尾巴。標(biāo)準(zhǔn)的暗能量模型和坦普爾他們的替代方案，都在一件事上沒法讓人完全舒服：它們都要求咱們?cè)谟钪嬷刑幱谝粋€(gè)特殊位置。雖然這個(gè)“特殊”跟古人以為地球是宇宙中心的那種驕傲自大不是一回事，但放在宇宙學(xué)里，任何要求你恰好站在某個(gè)特殊觀測點(diǎn)上的模型，都會(huì)讓物理學(xué)家心里咯噔一下。
不過至少現(xiàn)在，那道鉛筆的比喻提醒我們：最漂亮的方程解，不一定就是大自然真正在運(yùn)行的版本。暗能量浩浩蕩蕩統(tǒng)治了三十年教科書，到頭來，說不定只是人類急著給宇宙加速度找的一個(gè)名分。而那個(gè)加速度，可能打從一開始就寫在了愛因斯坦留下的時(shí)空幾何里，連個(gè)神秘力都用不著出場。
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