宇宙正在時時刻刻不斷膨脹，長此以往下去總有一天會走向毀滅

導語：

在二十年代，哈勃發現了宇宙膨脹。世界並非一成不變、靜止不變的，浩瀚的空間每分每秒都在擴大，

星系間彼此分離。這說明總有一天宇宙會走向毀滅，到時人類應該走向何處。

宇宙膨脹

1、宇宙大爆炸理論

宇宙膨脹是20世紀最偉大的科學發現之一，

它直接引導了大爆炸宇宙論。人們幾乎都認為宇宙的膨脹一定會減緩，也就是說，宇宙的膨脹會越來越慢。物質之間存在萬有引力

，宇宙中所有的物體一定會相互吸引，這一點很容易理解，這必然會導致宇宙的膨脹越來越慢。假如宇宙中總物質的密度超過了某一臨界值（宇宙的臨界密度），那麼宇宙也會在未來的某一時刻停止膨脹並開始收縮，最終將所有物質壓縮為一個奇點（即所謂“大擠壓”奇點）。當宇宙中的總物質密度小於或等於其臨界密度時，宇宙仍然會繼續膨脹，雖然它會變得更慢。

2、人類對於宇宙膨脹的瞭解

直到20世紀末，人們才瞭解到宇宙的膨脹。但是，出乎所有人的意料，在1998年，兩個超新星觀測組分別透過對遙遠的超新星爆發的測量，獨立地發現，目前宇宙在加速膨脹。

這就是說，目前宇宙的膨脹速度越來越快，而不是越來越慢。這個事實顯然不符合重力是吸引人的事實。

宇宙學的發現震驚了全世界。

我們需要搞清楚，是什麼神秘的力量促使宇宙在加速膨脹？

宇宙膨脹的原因假設

1、宇宙膨脹與暗能量的關係

宇宙加速膨脹該如何解釋？顯而易見，在宇宙中存在一種能產生排斥力的物質，

當它支配宇宙的演化時，就能促使宇宙加速膨脹。這個聽起來可能有些聳人聽聞，是什麼東西產生的萬有引力能被排除在外？

事實上，在廣義相對論中，重力可以被允許存在。這一點可追溯到愛因斯坦剛剛寫下著名的引力場方程，也就是，場方程中有一個常量項是允許的，這個等價於空間自身具有的、引力為排斥性質的均勻能量密度。這常數就是著名的“宇宙常數”。

但是暗能量假說帶來了更多的問題。例如，

暗能量究竟是不是宇宙常數？若為宇宙學常數，理論值的大小與測量值的大小顯然不一致(相差120個數量級)？

2、宇宙學常數問題

宇宙學常數最初是愛因斯坦為了得到一個靜止的宇宙模型而提出的。但是宇宙不是靜止的，它會膨脹。愛因斯坦可能用廣義相對論方程來預測宇宙的膨脹，但是因為他相信宇宙是靜止的，所以錯過了做這個偉大預言的機會。因為這個原因，

愛因斯坦非常氣憤，聲稱引入宇宙學常數是他一生中最大的錯誤，並且認為這個常數項應當從場方程中去掉。

然而，宇宙學常數很難在愛因斯坦場方程中被拋棄，

因為並沒有更深刻的物理學原理禁止存在於在場方程式之中。放棄這個要求有深刻的道理。這一道理在已知的物理理論中找不到。

在愛因斯坦之後，許多著名的物理學家花費了大量的精力來研究如何從場方程中去除宇宙常數，但是這些努力都以失敗而告終。宇宙學常數顯然不會像靜態宇宙模型所要求的那樣大，但是也不一定要等於零。

3、量子論觀點

根據量子論的觀點，人們發現宇宙學常數等於真空能密度。量子論的觀點是“真空沒有空。量子力學的測不準原理告訴我們，沒有任何事物是絕對靜止、平靜的，一切事物都有“量子抖動”，空間本身也不例外。這種“量子抖動”（量子漲落）在較小的空間尺度上越劇烈。在真空中，有一種形象的說法是，真空中充滿了大量的“虛”粒子（與之相對應的各種粒子），

它們不斷產生並迅速湮滅，這些瞬息萬變的粒子也攜帶著能量，而且在空間範圍越小，這

個過程就越劇烈。把這些能量加起來，就是真空中的能量。

根據量子場理論，可以計算真空能密度，這一結果表明：

(1)真空能密度為常數，因而與宇宙學常數完全等價。一種常數能量密度，不隨宇宙膨脹而稀釋，其壓強為負值(按照自然單位制，

等於負的能量密度），因此產生了排斥性引力。（2）真空能密度似乎是發散的，因為在較小尺度下量子漲落越強烈。長期思考之後，物理學家們同意，空間有一個最小尺度，即普朗克尺度（10^-33釐米），在這個尺度之下，空間並沒有定義。也就是，普朗克尺度是空間中不可分的畫素，也就是原子。

僅對普朗克尺度上的量子漲落進行計算，就可以得到有限大小的真空能密度值。但它的價值是巨大的。然而，

觀測到的宇宙加速膨脹所需要的宇宙學常數卻很小。兩者的差別大約有120個數量級！這種理論和實驗之間在科學史上從未出現過的巨大差異。

一般認為，空間存在“裸”宇宙常數，真空能密度與其相互抵消，從而得到一個與實際觀測相符的小的有效宇宙常數。

但是這種方法也有困難：兩個大的數字相消需要精細調整，在目前的情況下，需要在小數點後120個位的精確相等，太難做到。這就是宇宙常數的“精細調整問題”。

4、宇宙巧合問題

另外一個棘手的問題被稱為“宇宙巧合問題”。宇宙空間（相對論性粒子，主要是光子）和物質（非相對論性粒子，即冷暗物質、原子物質等）隨著宇宙膨脹而稀釋（輻射密度比物質密度稀釋更快），但宇宙學常數（或真空能密度）並不隨宇宙膨脹而改變。宇宙學常數在早期是完全無關緊要的，與輻射密度或物質密度相比至少有幾十個數量級的差別，但就今天而言，宇宙結構已經形成，智慧生命（觀測者）的出現，宇宙學常數（真空能密度）開始變得重要，處於與物質密度相同的數量級（在今天，輻射密度已接近於零）。那似乎是一種巧合。假如宇宙學常數稍大一點，它所產生的斥力將足以阻止宇宙結構的形成，從而使人類的觀測者無法產生。

即使宇宙學常數稍微小一點，今天仍然是完全無關緊要的，也不會加速宇宙膨脹。它被稱為"宇宙巧合問題"。