本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
《大西洋月刊》上週發表的關於物理學諾貝爾獎的文章,可悲的是,其中包含許多關於物理學和宇宙學的誤導性或不準確的陳述。
撰寫這篇文章的記者格雷格·伊斯特布魯克,作為一名科學作家,有著輝煌的過去。他是早期就看穿太空梭背後荒謬之處的頭腦清醒的人之一。在一篇傑出的文章中,詳細描述了它的魯布·戈德堡式的宏偉和荒謬之處,這篇文章實際上是整個計劃的歷史,包括其成本超支和致命的失敗——而他在1981年就寫了這篇文章。
這個故事讀起來令人不寒而慄。你幾乎可以看到,在你眼前展開的是哥倫比亞號的災難(“瓷磚是美國宇航局有史以來設計的最重要的‘安全生命’系統。這意味著它們沒有備用方案。如果它們失效,太空梭將在重返大氣層時燒燬”)和挑戰者號(“這就是計劃。假設一個固體燃料助推器失效。計劃是,你死了”)。
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最近,他對美國宇航局優先事項的批評,例如在《連線》雜誌中看到的,(大部分)是切中要害的。
但伊斯特布魯克也 периодически 表現出創造論的信仰,這對於一位被要求撰寫關於生命起源的科學作家來說,有點令人不安(也在《連線》雜誌中)。
偶爾,他似乎也高估了自己理解科學的能力。幾年前,卡爾·齊默批評了他一些關於弦理論和其他維度的無稽之談。上週,伊斯特布魯克再次涉足宇宙學,在《大西洋月刊》的網站上。不幸的是,他的文章包含許多奇怪或完全錯誤的陳述。我寫這篇部落格並非為了進行人身攻擊,當然也不是針對伊斯特布魯克,因為我喜歡這個人,但我只是想為了記錄而糾正他的文章。
他的文章摘要一開始就犯了一個錯誤,談論“星系擴張”。但這可能是可以原諒的。暗能量通常是困惑的根源,即使對於物理學家來說也是如此。人們經常問,空間的膨脹是否意味著星系——或者甚至太陽系,甚至布魯克林——也在膨脹。
就我們所知,它們沒有膨脹。暗能量似乎唯一能做的就是使軌道比原本的軌道略微大一些,但難以察覺。暗能量非常稀薄,它只對更大的尺度產生明顯的影響,大於星系團的數百萬光年。
但也許《大西洋月刊》的編輯所說的“星系擴張”是指星系相對於彼此的運動。讓我們繼續。
伊斯特布魯克寫道:“一些理論家預測,由大爆炸的動量驅動的膨脹應該會減速。” 好的。
“最終,星系要麼停止向外運動,宇宙變得靜態,要麼引力會將一切拉回到一起,形成大坍縮。”
並非如此。據我所知,沒有人認為宇宙會從動態變為靜態。在直到上世紀末才流行的標準宇宙學模型中,無論星系擴散得多麼遠,它們仍然會“感受到”彼此的引力拖曳。宇宙要麼永遠膨脹,要麼重新坍縮。
“其他理論家認為,宇宙膨脹將以基本上恆定的速度永遠持續下去。”
也許伊斯特布魯克在這裡指的是弗雷德·霍伊爾的“穩態”宇宙模型。但霍伊爾的重點是他不想相信大爆炸,所以他的模型不是大爆炸模型的變體。
“既然星系肯定早已克服了大爆炸的引力才能向外衝去,這種推理認為,它們只會繼續前進。”
這真是錯得離譜,我甚至不知道該如何解釋。沒有“大爆炸的引力”。如果星系繼續前進,那是因為時空幾何允許它們這樣做。
“暗能量似乎強大到足以推動整個宇宙——但其來源未知,其位置未知,其物理性質高度推測性。”
在這裡,伊斯特布魯克似乎描繪了科學家們拿著放大鏡四處走動,說:“我把暗能量放在哪裡了?” 實際上,物理學家認為暗能量無處不在。
“一個世紀以來,物理學家們精心微調了一個自然世界的概念,其中存在四種基本力:引力、將原子結合在一起的‘強力’、將電子固定在原子周圍的‘弱力’……”
等等,什麼!?
首先,“精心微調的自然世界概念”,伊斯特布魯克大概指的是粒子物理學的標準模型,直到 20 世紀 70 年代才出現。即使想寬容一點,第四種力的想法最多也是 80 年前提出的。但伊斯特布魯克錯得離譜的地方在於將弱力描述為將原子結合在一起。弱(核,更準確地說)力僅參與核衰變,與將電子固定在原子周圍無關。是電磁力在做這件事。
伊斯特布魯克繼續說道。“整個學術生涯都建立在完善四力思維的工作之上。” 這倒是真的。
“突然出現了第五種力,暗能量。儘管它似乎佔宇宙的四分之三,但到目前為止還沒有人注意到它。”
實際上,儘管認為暗能量是第五種力很誘人,但這並不能公平地代表主流物理學家的想法,他們認為暗能量是填充宇宙的物質的一部分,它對宇宙膨脹的影響是引力的——也就是說,完全可以在阿爾伯特·愛因斯坦引力理論的範圍內預測。(請參閱肖恩·卡羅爾的暗能量常見問題解答。)
此外,早在發現宇宙加速膨脹之前,物理學家就已經推測暗能量的存在(以“宇宙常數”的形式出現)。
“似乎不可能製造出完全真空的空間,因此現在假設星系際空間不是真正的虛空。”
但從來沒有人這樣假設過。空間中縱橫交錯著大量的光子——包括宇宙微波背景的光子和恆星發出的光子——以及中微子和遊蕩的宇宙射線粒子,如質子。
量子場論的場也延伸到各處,因此物理學家並沒有真正期望真空完全空無一物。暗能量存在的重點不是關於星際“真正的虛空”。無論如何,假設暗能量存在,它不僅會滲透到基本粒子之間的空隙,而且會真正地無處不在。
最後,伊斯特布魯克的結論性評論個人冒犯了我這個星際迷航迷。“星系之間的交往將變得難以想象,”他寫道,“即使柯克船長的曲速引擎被髮明出來。” 但據我回憶,柯克從未在銀河系之外冒險太多。
要獲得關於暗能量的可靠資訊,我推薦肖恩·卡羅爾精彩、清晰和詳盡的暗能量常見問題解答。