|
科學(xué)中的悖論，常常會讓科學(xué)家頭疼不已。但是對悖論的分析和解決，也常常會引起科學(xué)中的重要突破。例如對于以太是否存在的探討，最終導(dǎo)致了狹義相對論的提出。所以，把當(dāng)今科學(xué)中一些悖論列出起來，是值得一做的。下面我們就來說說當(dāng)代宇宙學(xué)中存在的悖論。 宇宙膨脹的悖論 宇宙學(xué)中最為重要的悖論，則來自宇宙在不斷膨脹的事實。宇宙在膨脹的證據(jù)，來自于幾個不同的觀察結(jié)果。首先是遠(yuǎn)處的星系都在遠(yuǎn)離我們，因為來自這些星系的光存在著紅移，而且星系離我們越遠(yuǎn)，紅移越嚴(yán)重?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因為離我們越遠(yuǎn)的星系，離開我們的速度就越快。而且最近的證據(jù)還表明，宇宙在加速膨脹。 但是我們要知道，宇宙的膨脹是空間本身的膨脹，也就是說在膨脹的過程中，會有真空產(chǎn)生出來，但究竟是怎么產(chǎn)生的，宇宙學(xué)家還不清楚，甚至還沒有人在實驗室中檢測這種現(xiàn)象。 另外，宇宙中任何一個空間里都是有能量的。如果宇宙的空間體積在增加，那么不可避免的結(jié)果就是能量也必然增加。所以，不管你喜不喜歡，宇宙膨脹就意味著宇宙中總體的能量是不守恒的，這與能量守恒定律是相悖的。其實，宇宙學(xué)家都知道這個悖論，但他們也只能搖搖頭，不知道如何解決。 真空能密度的悖論 另一個悖論來自于真空能問題。量子力學(xué)認(rèn)為，真空具有著能量，也稱為零點能。物理學(xué)家花費很多精力，來計算其能量密度，其結(jié)果是個巨大的數(shù)值，處在1094g/cm 3的數(shù)量級。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系公式，這么大的能量密度，會對宇宙產(chǎn)生很明顯的引力效應(yīng)。 然而，宇宙學(xué)家根據(jù)觀測到的引力效應(yīng)（這也被稱為宇宙學(xué)常數(shù)），經(jīng)過計算的得出的結(jié)果是，真空能密度卻只有10-29g/cm3。那么問題就來了，這兩個數(shù)值差距也太大了，竟然差了123個數(shù)量級。這么大的差距是怎樣產(chǎn)生的？這個悖論困擾著所有的宇宙學(xué)家。 宇宙均勻假設(shè)的悖論 最后一個悖論更值得探討。它來自于愛因斯坦廣義相對論的基本假設(shè)——如果你在大尺度下觀察宇宙，在各個方向上看應(yīng)該是一樣的。而在小尺度下，宇宙是均勻的假設(shè)并不成立。例如，我們的銀河系屬于本星系群的一部分，而本星系群又屬于更大的超星系群的一部分。宇宙在小尺度上更像是分形結(jié)構(gòu)。 在宇宙中，哈勃定律適用的尺度是從1Mpc（Mpc為百萬秒差距，1秒差距約等于3.26光年）開始的。哈勃定律認(rèn)為，來自遙遠(yuǎn)星系光線的紅移與它們的距離成線型正比，這是因為宇宙是均勻的，它在均勻地膨脹。當(dāng)代宇宙學(xué)就是建立在哈勃定律上發(fā)展起來的，而哈勃定律又是建立在均勻假設(shè)的基礎(chǔ)上的。所以如果認(rèn)為宇宙在1Mpc以上的范圍內(nèi)是均勻的，那么一切就不成問題。 但是觀測的結(jié)果卻帶來了悖論。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，即使在超過100Mpc（大約3.26億光年）的范圍內(nèi)，仍然存在著不均勻的分形星系結(jié)構(gòu)。這樣說來，即使宇宙是不均勻的，哈勃定律還是成立的。這說明哈勃定律產(chǎn)生的原因并不是宇宙是均勻的結(jié)果。那么哈勃定律存在的原因究竟是什么呢？所以，我們需要重新考慮哈勃定律出現(xiàn)的原因。 宇宙學(xué)家對于宇宙不斷地了解，尤其是宇宙大爆炸模型的提出，說明我們?nèi)祟悓τ谟钪娴牧私馊〉昧瞬诲e的成功。然而上面這些悖論，說明這種成功不過是一種錯覺。我們需要認(rèn)真考慮這些悖論，這樣的話，新的宇宙學(xué)革命可能就會出現(xiàn)。 |
|
|
