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宇宙加速膨脹

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1簡介

宇宙加速膨脹(accelerating university)是宇宙的膨脹速度越來越快的現象。以天文學術語來說,就是宇宙標度因子的二次導數是正值,這意味著星系遠離地球的速度,隨著時間演進,應該會持續地增快。這速度是哈柏定律里所提到的退行速度。於1998年觀測Ia超新星得到的數據,提示宇宙的膨脹速度正在加快。物理學者索爾·珀爾馬特、布萊恩·施密特與亞當·里斯「透過觀測遙遠超新星而發現了宇宙加速膨脹」,因此,共同榮獲2006年邵逸夫天文學獎與2011年諾貝爾物理學獎。

2證實

在過去數年中,從各方面獨立觀測得到的結果,證實了宇宙加速膨脹的正確性,這包括宇宙微波背景輻射、宇宙的大尺度結構、宇宙的年齡、對於超新星更精確的觀測量、星系團(galaxy cluster)的X射線性質。

3密度減低

假若宇宙正在膨脹,則其密度必定也正在減低,因為物質與物質之間的空間正在加大。假若繼續加速膨脹,則最終除人類自己所處的室女座超星系團之外,所有其它星系團都會極端紅移、加速遠離,偵測它們會變得更加困難,遙遠的宇宙也會變得越加黑暗。

4解釋模型

天文學者已研究出很多解釋宇宙加速膨脹的模型,這包括某種形式的暗能量:宇宙常數、第五元素、暗流體(dark fluid)、幻能量(phantom energy)。暗能量具有負壓強,相當均勻地分佈於空間。這是暗能量所具有最重要的性質之一。
科學家得出的結論恰恰相反,星球之間會越來越近。

5發散擴張

根據宇宙論假說大撕裂,幻能量會造成以指數函數增加的發散擴張,戰勝本域星系團的重力,將室女座超星系團徹底撕裂,然後會撕裂銀河系、太陽系、最後甚至小小原子。對於宇宙膨脹加速度的測量是決定宇宙的終極命運的關鍵。但是,這重要發現可能在短期內不會達成。

6暗能量主控

隨著宇宙膨脹,暗物質的密度會比暗能量的密度減低更快。最終結果是暗能量會成為主控因素。更確切地說,假設宇宙體積加倍,則暗物質密度會減半,但暗能量密度大致保持不變(假若暗能量是宇宙常數,則暗能量會保持不變)。在宇宙常數模型里,暗能量已經主控了物質的質能(包括暗能量),而宇宙膨脹大約是時間的指數函數。根據這模型,在未來,膨脹的標度因子加倍時間大約為114億年。

7謠言粉碎

粉碎謠言
時間是如何度量的?
形象地來說,我們無法度量「絕對」的時間,而只能通過對精確物理運動的分割,來度量我們「相對」這種運動的時間。例如日晷利用了地球運動的循環往複,老式鐘錶利用了單擺的周期性,石英鐘利用了石英晶體的固有振動頻率,測量化石年代利用了碳-14等放射性同位素的半衰期等等。國際單位制中對時間的定義是,1秒等於銫-133原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間[1],這也是利用了對一種精確物理運動的分割。流言中提到的「時間變快」語焉不詳,從上下文理解,是說我們現在度量到的時間相對幾年前變快了。例如,流言提到Windows XP系統時鐘的「5快1慢」現象(實際為4快1慢,間或3快1慢)。
Windows系統時鐘「忽快忽慢」就能說明時間變快嗎?
流言描述的電腦時鐘「忽快忽慢」的現象在Windows系統中確實存在,但不同的系統版本的現象並不相同。並且這種現象早就存在,不是流言所說的「今年(2010年)才出現的」。
首先,Windows系統所度量的時間是正常的。進入BIOS查看系統時間,並沒有這個現象。對於Windows系統時鐘的「忽快忽慢」現象,合理的解釋是Windows圖形界面系統時鐘的演算法導致的。用它來說明時間變快了,不是造謠的人不懂,就是欺負不懂的人。
在這類謠言里,常常會用你能夠檢驗的現象作為證據,讓你感覺「啊,確實如此」,進而對整個言論生出好感來,甚至就此淪陷。用心理學上的術語來說,就是「代表性直覺」。
宇宙加速膨脹能說明時間變快嗎?
在20世紀20年代,美國天文學家哈勃最早發現我們的宇宙不是靜止的,而是在膨脹。按照已經被高精度驗證的廣義相對論,當時人類已知的宇宙中的物質只會引起膨脹的減速。直到1998年,科學家通過天文學觀測才發現,我們的宇宙現在正在加速膨脹。這說明宇宙中還有人類未知的物質,被稱作暗能量。在進一步的研究中,科學家又發現暗能量在距今大約90億年[3]以前就出現了。只不過最近十幾年由於人類觀測技術的發展才被發現,成為科學研究的熱點。
如果看電影時按到了「快進」,影片里的運動就會大大加速;也許造謠者聽說宇宙在加速膨脹時,就以為宇宙也被人按到「快進」了, 進而大呼「時間在加快」。這倒也不是完全沒有道理。可是暗能量90億年以前就出現了,就算時間會加快,也應該在最近幾十億年不斷變快,怎麼可能像謠言所說是近幾年才有的現象呢?宇宙加速膨脹的事實和所謂的「時間變快」其實是沒有因果關係的。
為什麼1999年之後沒有增加閏秒?
流言還提到國家標準和技術研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)的時間測定師,說1999年之後再也沒有追加過閏秒,是因為地球自轉速度加快了。事實上,1999到2004年期間,確實沒有增加閏秒。但2005年和2008年的年底,國際地球自轉和參考座標系統服務就分別增加了1個閏秒。
增加閏秒是為了協調以原子鐘為基準和以地球運動為基準的計時系統之間的偏差。這確實是因為地球運動的速度相對於原子能級躍遷周期在發生變化。不過這個變化是一年四季都存在的,有時快有時慢,影響因素非常複雜。總體上講,由於月球引起的潮汐現象,地球自轉速度一直在變慢。有證據表明在4億年前,地球自轉一周大約只需要20個小時[5]。儘管實際原因很複雜,但這些都是物理學理論能夠解釋的正常現象。用它來說明時間變快了,只能算是牽強附會了。
舒曼共振(Schumann Resonance)的變化是怎麼回事?
世界各地都在不斷地產生雷暴和閃電,同時產生頻譜很寬的電磁輻射。地球表面和電離層形成的空腔就像一個共振器,閃電激發而形成的低頻部分電磁波共振放大,這種現象就是舒曼共振[6]。低頻舒曼共振的典型頻率是7.83赫茲,並且確實可以受到電離層高度的影響而輕微改變。但並不像流言中所說的,近年來變成了12赫茲。
實際中,人們利用舒曼共振來探測一定區域內的雷電活動情況,而跟時間是否變快沒有任何關係。事實上,舒曼共振簡直就是個萬金油,許多不靠譜的理論都喜歡拿出來用一用。比如「地球腦波」[7]、生物能[8]、針灸[8],以及最近引起很大爭議的蒙塔尼「DNA讓水發射電磁波」理論[9]之中,舒曼共振都扮演了重要角色。這次「時間變快」的謠言中又出現了舒曼共振一點兒也不奇怪。
有句俗語叫做「見了駱駝,就說馬腫背」。Windows時鐘「忽快忽慢」、宇宙加速膨脹、近些年減少了增加閏秒、舒曼共振頻率的輕微改變,確實都是世間存在的駱駝。但駱駝就是駱駝,它們並不會變成「腫背馬」。除此之外,有些版本的謠言還有「光子帶」「水瓶座時代」「智利地震縮短了一天時間」「意識到此同樣之路7次」等說法,都是隨意杜撰、混淆視聽。

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