莱茵论坛 第147期 活动总结 – (中文)讲座 @波恩 – 宇宙的终极命运 | Rhine Academic Forum e.V. – Event no. 147 [Summary] (Chinese) : The eventual fate of the Universe

在一个四处洋溢着Sommer Fest(夏天节)的夏日周末(2018年6月23日),欧盟居里夫人奖学金载誉者,现负责大型国际合作项目KiDS巡天的弱引力透镜峰值统计宇宙学和DECaLS巡天的弱引力透镜信号测量以及质量重建工作的陕欢源博士在莱茵论坛的创始地波恩,带来了一场关于“宇宙的终极命运”的精彩演讲。讲座开篇通过观众熟知的一般物质特性,大小、年龄、密度、出处来类比宇宙的自从大爆炸的原点以来演化的年代、 目前的大小、密度。其巧妙地引用了google map中的河岸距离,到两城市间距,到地球与月亮的距离,到太阳系,再到银河系的大小。这种Zoom out 的纵向拉伸感,把观众深深地带入了浩瀚的宇宙。由此,慢慢揭示地球只不过是千亿颗星球中普通的一员;我们人类—地球的至高物种,自然界的主宰,其实在宏观尺度的宇宙里并无特殊地位。

作为一名宇宙学科技工作者,陕博士强调宇宙学不是哲学观,不是宗教,而是一种精密的科学,包含了许多缜密的观测理论与推证方法。就此陕博士为在座朋友们介绍了宇宙学的发展历程。 在过去不到一百年的时间,人们对宇宙的认识发生了翻天覆地的变化,得益于现代宇宙学三大基石的奠定。最先于1929年,现代宇宙学先驱哈勃(Hubble)通过观测,提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。鉴于此,乔治·伽莫夫(George Gamow)提出了著名宇宙大爆炸理论—宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。 之后, 1965年,彭齐亚斯(Penzias)和威尔逊(Wilson)偶然发现了宇宙微波背景辐射。 因其间接验证了大爆炸理论模型,成为宇宙学第二大基石,也因此星系形成理论随之逐渐发展起来。陕博士还给观众分享了宇宙微波背景辐射发现的背后小故事,彭齐亚斯(Penzias)和威尔逊(Wilson)本是两位工程师,他们为了要对几个射电源进行精确的测量而试图将射电望远镜调整得更为准确,但是即使在更换理了零件,清除了天线上的鸟粪之后,仍然清除不掉3.5K的背景噪声信号。后来这被证实为宇宙微波背景信号。 他们也因这个无心之得的重大发现而获得了1978年的诺贝尔物理奖。可见,科学真理常常隐藏在容易被忽略的细节上。70年代后宇宙学家借助多个卫星体系(COBE, WMAP, PLANK)分别绘制了全天微波辐射的功率谱—也被成为上帝脸谱,直至形成如今的精确宇宙学。由此,科学家发现宇宙不是均一的,而是有一定结构的。星系明显聚集在巨大的纤维丝结构上。现代宇宙学的第三大基石为宇宙中轻元素的合成理论—宇宙大爆炸创造了世间的基本元素,77%的氢与23%的氦。其他元素就是由这两种基本元素通过各种聚变反应衍生而来。例如,地球上的金子来源于中子星碰撞过程中的元素聚合反应。

1998年超新星的定位和观测,在帮助科学家绘制精确的宇宙地图的同时让观测者发现了令人惊诧的事实,现代的宇宙正在加速膨胀。这一结论获得了2011年的诺贝尔物理学奖。 那么是什么推动了宇宙的加速膨胀?我们常说的发光物质(恒星和热气体)只占宇宙能量的4%。用引力透镜观测宇宙中的黑暗区域,发现可见光不能揭示的物质(暗物质)比发光物质多300倍。暗物质也只提供23%的宇宙能量。而73%的能量是由一种称为暗能量的未知能量组分提供的。因此,暗能量才是推动宇宙加速膨胀的主要力量。膨胀的宇宙的最终宿命将何去何从?陕博士告诉听众,现代宇宙学的主流观点认为,随着宇宙的加速膨胀,暗物质正在把宇宙变成一个巨大,空旷而乏味的地方。未来的宇宙在经历星系瓦解,物质瓦解,黑洞蒸发后,最终进入一个冷,暗,无生命的永恒。绚丽多彩的世界竟然这般结束,这着实有些让现场观众冷气倒吸。做为一名宇宙学科学工作者,陕欢源博士诚言其辈将着眼于揭示宇宙命运主宰者–暗物质,暗能量方面的使命。
   在提问环节,一位观众提出了现代宇宙学家通过大量高科技观测,最后计算得出了宇宙的命运就是空,而佛家早在几千年就有万物本是空的哲学观念了。这精密的宇宙学也没有比混沌的古哲学高明多少啊? 陕博士的天文学同仁,邵立晶博士则协助给出了很中肯的回答。佛家的空是只是个定性的空,而宇宙学家的要给出的是定量的空,这个空有多大,有多久,为什么会有这个空?科学之所以为科学, 是在于用事实数据去进行探索和认证。 笔者以为就是对未知世界的不断探索,才成就了人类今日的科技文明。只有了解事物的本质,知道要开启的门、门锁的样子和特性,才会有找到解决钥匙的可能。探知虚无遥远的宇宙未来,可能会重塑人类的命运呢!真心祝福陕博士这一代新生宇宙学家在这条求知的路上比前人走得更远!

文字: 于春风 博士,汤秦 博士生
摄影: 林颖峰 博士
Typos: 照片是第147期,不是第148活动

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