關于宇宙從未改變的觀點——一種持續的背景,它只改變我們對天空范圍的視野——早在很久以前就被擯棄,這主要是因為某些天文學家,例如埃德溫·哈勃(Edwin Hubble),在20世紀20年代的研究。
哈勃分析了星系的組成原子吸收或者釋放的光,主要關注于光的特征或者頻率。他知道如果星系遠離我們,那么這些光的頻率將朝光譜的紅色末端移動,就像我們聽到警笛聲遠離時音調會降低。望遠鏡的觀測結果顯示大多數星系會表現出“紅移”,并且隨著星系變得更加遙遠,紅移的程度會增加。從任何居住在這些星系里的人們的角度來看,放佛星系鄰居正在遠離你。雖然這個觀點聽上去非常單調,但它標志著對宇宙本質、起源和命運的革命性觀點的開始,這暗示著幾十億年前,宇宙比現在要更加密集,且始于宇宙大爆炸。
然而,近日德國海德堡大學的克里斯托弗·威特瑞奇(Christof Wetterich)教授發表的一篇新文章挑戰了這種傳統思考方式。他指出原子釋放的光也受到它們的組成粒子,也即電子的質量的支配。如果原子質量增加,那么吸收和釋放的光將朝光譜的藍色部分移動,反之則朝紅色部分移動。
由于光的頻率或者稱“音調”會隨著質量的增加而增加,威特瑞奇教授辯論稱在很久以前原子質量可能非常低,如果質量在持續增加,那么古老星系的顏色將表現出紅移——而紅移的程度取決于它們距離地球有多遠。“我的同事尚未發現這一理論存在任何瑕疵,” 威特瑞奇說道。
威特瑞奇的研究表示宇宙根本沒有膨脹,甚至有可能在收縮的觀點已經引起有些專家的重視,例如英國圣安德魯斯大學研究引力替代理論的宇宙學家趙洪生(HongSheng Zhao)教授。
“我并沒有發現威特瑞奇教授的數學處理存在任何瑕疵,20年前曾出現了這個觀點的初步版本,我認為探索宇宙膨脹的替代性觀點非常迷人,宇宙的進化就像彈鋼琴,從低音調逐漸過渡到高音調。”
對于自己的研究標志著兩種不同觀點的改變,威特瑞奇教授表現出超然甚至是幽默的態度。這兩種觀點代表了對現實的不同觀點:要不就是星系之間的距離在增加,正如傳統觀點里所描述的,或者原子的大小在縮減從而增加了自身的質量;或者是這兩種情況的復雜結合。威特瑞奇的觀點的優勢之一在于它能夠在時間的起始處擯棄奇點,也即物理學原理瓦解的轉折點,的物理現象。宇宙大爆炸在遙遠的過去里已經變得模糊不清:“宇宙鋼琴”的第一個音符太漫長太低沉了。
歐洲核子研究委員會(CERN)的物理學家、英國科學博物館現代科學的哈里·克里夫(Harry Cliff)認為,粒子質量增加產生的效應類似于時空膨脹,這非常不可思議令人震驚。“利用兩種不同的方法思考同一問題往往會引發新的見解,” 克里夫說道。“例如弦理論都是類似這樣的‘二元性’,這使得理論學家能夠選擇使得計算更加簡單的觀點。”
如果威特瑞奇教授的觀點是正確的,它將為思考宇宙的新方式鋪平道路,或許我們會對宇宙重新認識。
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