1、科技小报资料 500子
力学之父——牛顿
n 17世纪英国科学家牛顿(1642-1727)创立了力学。牛顿本人作为力学之父,是世界历史上对人类文明做出划时代贡献的少数科学家之一。
n 在牛顿之前,人们普遍认为天上物体的运动规律和地上物体的运动规律是不同的,一个做圆运动,一个做直线运动。但是牛顿证明,不论天上还是地上的物体,都要遵循惯性定律、质点运动定律和作用与反作用定律,即所谓的“牛顿三定律”运动。他还明确指出,推动行星绕日运动的是天体之间存在的万有引力。牛顿还最早提出了发射人造卫星的设想,他还和莱布尼兹同时发明了微积分。
n 牛顿还发现了白色光线实际上是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种不同颜色的光线混合而成的。但是他总是谦逊地说,我的成就是因为我站在“巨人肩膀上”的结果。
生物进化论的创始人——达尔文
n 英国科学家达尔文(1809-1882)提出了生物进化论。达尔文从小热爱大自然,喜欢采集动植物标本,他细心地对各种动植物加以比较,发现形形色色的物种都是有共同祖先进化而来的。经过多年的研究,于1859年发表了具有划时代的科学巨著——《物种起源》。他用大量事实证明了“物竞天择,适者生存”的进化论思想。为了纪念这位学科奠基人,人们把进化论称为“达尔文学说”。
工作到最后一天的华罗庚
n 1985年6月12日,在东京一个国际学术会议上,75岁的华罗庚(1910-1985)教授用流利的英语,在作了十分精彩的报告后歪倒了,这位世界闻名的数学巨星突然陨落了。
n 华罗庚对数论有很深的研究,得出了著名的华氏定理。曾经在一次采访中,当记者问他:“您最大的愿望是什么?”他不加思索地回答:“工作到最后一天。”他的确实现了自己的诺言。
这是我自己编写的科技小报,收集了一点科技历史和小常识,来和小朋友们一起分享,不知道大家喜欢吗?
1、世界上第一条高速公路在哪里你知道吗?
世界现代高速公路于1932年出现在德国,继德国之后,美国于1937年在加州修建了高速公路。可是你知道世界上第一条高速公路在哪里吗?它是在中国大地上诞生的, ,这条“高速公路”,北起内蒙古包头的阴山脚下,南抵陕西淳化县北,是距今两千多年前的秦朝时候建成的。全长约现在的700多公里,路面平均宽度大约30米,由于道路大体南北相直,所以当时称为“直道”。 秦朝直道的记载,最早见于《史记》。
2、日食
每当月球运行至地球与太阳之间,三个天体连成一线时,日食便会发生(见图1)。月球阻挡了太阳光,在地球上造成阴影,使某些地区不能接受到部份或全部阳光。至于观测者看到太阳给遮盖了多小,则要视乎他们身处的地方相对月球阴影的位置。如观测者在半影区内,他们会看到日偏食,而身处本影区的人则会看到日全食。
3、电报的历史:
现在我们有电话和计算机网络,电报很少再用了,也许小朋友们都不知道了。可是在18世纪末的时候它是一个非常大的发明啊。1793年,法国查佩兄弟俩在巴黎和里尔之间架设了一条230千米长的接力方式传送信息的托架式线路。这是一种由16个信号塔组成的通信系统。信号机由信号员在下边通过绳子和滑轮,操纵支架的不同角度,表示相关的信息。当时,法国和奥地利正在作战,信号系统只用一个小时就把从奥军手中夺取埃斯河畔孔代的胜利消息传到巴黎。以后,比利时、荷兰、意大利、德国及俄国等也先后建立了这样的通信系统。据说查佩两兄弟之一是第一个使用“电报”这个词的人。
2、科技小报的内容
科技小报的内容可以从第一次工业革命介绍到第三次科教革命:
科技,是无处不在的,在我们的生活中也常常体现着科技为我们带来的好处。电话,让隔着五湖四海的人们畅所欲言。电冰箱,让人类实现了长期保存食物的梦想。飞机,让人们能更节省时间,更快速地到达目的地……难道这一切还不能体现出科技为人类带来的便捷吗?
自从第一次工业革命到现在不计其数的科技成果,如第一次科技革命瓦特发明了蒸汽机,使人力劳动被慢慢的废弃,是劳动力得到很大提高,自次进入了蒸汽时代。
第二次科技革命爱迪生发明了电灯,这是一个人类利用电的一个伟大里程碑,从此使蒸汽时代进入了电力时代。第三次科技革命发明了一系列高科技产品如:电脑,手机等,这些产品的出现标志着我们进入了信息时代,是迄今为止人类历史上规模最大、影响最为深远的一次科技革命。
两栖水下列车借助导向轮固定在高架轨水下铁路路基上,借助潜水艇使用的垂直和水平稳定器,使列车在深水中能够平稳行驶。水下列车装有先进的线性发动机,从而驱动列车在水中快速行驶。
在未来几十年内,我们有可能移民到太阳系的其他星球上。美国航天局正在准备实施几项火星计划,专家小组认为人类大约在2022年登上火星。永久性的月球基地能够作为这类航天计划的发射场。但人类要想到太阳系之外履行,还有很长的一段路。
3、科技小报的小知识
祖国,您好!
五十五年前
您冲破了黎明前的黑暗
在天安门城楼上
一位伟人挥手向世界宣布
您从此站起来了
今天,站在新世纪
面对世界高科技没有硝烟的战场
您又以崭新的姿势和高手们搏击
奥运会上您从零的突破
跻身世界第三的强者行列
您踏上了世界经济的快车道
向着小康社会挺进
一条条高速公路、一座座跨江大桥……
提速火车、航线通机、载人神五返回……
香港、澳门回归、加入世贸……
三峡工程合龙、青藏铁路、西气东送……
饭桌上的新鲜蔬菜
普通百姓家里的电脑上网
再就业,基因工程
手机漫游……
祖国!您好.
日新月异的祖国,您迈步走向新世纪
又大阔步走向属于您的自己的明天
4、科技小报的内容有哪些?
相对论剧场: 引力来源于弯曲。正是太阳或曰其质量,引起或迫使其周围的空间发生。正是"空间弯曲"影响着行星和光的运动。使它们不是按照牛顿力学所描述的方式,而是不得不按照现在实际存在的方式,沿着这一弯曲时空中所可能的"最短"的路线而运动;
机器人下棋: 特制的光电传感棋盘将游客与机器人的下棋过程忠实地记录下来,并把信号传递到计算机大脑中。计算机根据专家系统分析,做出下一子的位置,并由机械臂执行动作。
太空影院: 太空影院 ( Digistar 3 )是我国第一家采用视频拼接、图像处理、观众互动、电脑集成等技术综合而成的多媒体球幕影院。 Digistar 3 系统共有 6台视频投影仪,照明功率达到了4 800 瓦。
5、科技小报的内容,急需
心理健康小报可以取名为:心理驿站
内容:心情好时锻炼效果更佳
“心情好与心情不好时进行锻炼,效果完全不同。”钟南山院士对健康时报记者说,心情愉快时运动起来神经和肌肉的功能都非常协调,打一个小时的球也不觉着累,锻炼完了浑身轻松。而心情比较烦乱时,十来分钟就会大口喘气,怎么动都觉得肌肉僵硬、动作别扭。
美国的研究人员曾经做过这样的试验,分别给三组人不同的信息,一组是正面的,比如小孩考试得了第一名;一组给中性的信息,比如所订的家具送到了;第三组给劣性信息,比如家里有人出了不幸。结果发现给予劣性信息的人,身体耗氧特别快。
因此,“锻炼时,不要身随心不随”,钟南山院士说,锻炼需要个性化,不但要选择适合自己的运动项目,还要选择适合自己的环境和心情。
当然,锻炼本身也是一种调节情绪的好办法,所以,钟院士建议,当你心情不够好时,最好结伴锻炼,这样可以有效地改变心情。但是如果怎么运动心情都好不起来,最好立即停止锻炼。
钟南山院士说,人在20岁左右的锻炼是一种身体健康的储备,到了30岁左右达到储备的高峰,锻炼得越好,储备的峰值就越高。一旦过了这个年龄,储备的峰值就难以达到本来可以达到的高度,所以要趁年轻多锻炼。
钟院士特别建议女性朋友应适当进行肌肉锻炼。因为肌肉锻炼可调节体内原有的“男性荷尔蒙”的水平,是一种缓解女性更年期不适的有效手段。
肌肉锻炼包括跑步、游泳、蹬车、爬山及柔韧性的锻炼,如哑铃、拉力等。女性进行肌肉锻炼时要注意循序渐进,不可省略热身过程。锻炼时要注意呼吸,必须是感觉跟得上,而不是特别气喘,以第二天不感觉明显疲劳为好。
后天训练可有效增强人的意志力
据国外媒体报道,一项最新研究显示,意志力就像肌肉产生的力量一样,有些人的意志力会强一些,而其他一些人则相对要差一些。美国列克星敦市肯塔基大学的苏珊-赛格斯特罗姆博士在接受记者采访时称,尽管我们人类生来都具有一定的自我调节能力,但是我们有可能通过后天的训练来增强我们的意志力。
苏珊-赛格斯特罗姆博士和她的同事莱斯-索尔博格-内斯博士共同进行了这项研究,他们假定人的心率的变化--心脏对不断变化的需要进行感知和做出反应的能力--可以作为自我调节能力的指标。心率的变化由副交感神经系统控制,副交感神经系统是交感神经系统的制动器,由后者负责做出“战斗或者离开”的反应。
在实验中,苏珊-赛格斯特罗姆选择了168个大学生参加测试。研究人员首先让这些大学生在三个小时的时间里不吃不喝,然后给他们一盘胡萝卜、热巧克力薯片饼干以及巧克力糖果。一组学生只吃饼干和糖果,另外一组只吃胡萝卜。最后,要求这些学生做一系列的字谜游戏,其中一些根本做不出来。
结果发现,只吃胡萝卜的学生心率的变化比只吃饼干和糖果的学生要剧烈一些,这说明只吃胡萝卜的学生正在锻炼他们自我调节的“肌肉”。同时,在做字谜游戏的时候,只吃胡萝卜的学生比只吃饼干和糖果的学生放弃得更快一些,这说明他们的自我调节力量消耗的更多。还有,试验一开始心率变化最剧烈的学生在字谜游戏这一环节中坚持的时间最长。
苏珊-赛格斯特罗姆博士由此认为,肌肉会给我们发出信号让我们感觉到疲劳的到来,但是当自我调节的力量消耗殆尽的时候,我们却事先一无所知。普通人不大可能会随身携带一台心率监视器来精确估计他们对诱惑的抵抗程度,但是对于自我调节能力不强的人来说--例如酒鬼和烟民,随身携带一台心率监视器对他们非常有帮助。
她认为人们也有可能通过体育锻炼来增强自我调节“肌肉”的能力。体育锻炼有双重功效:一方面它增强了心肌的力量,另外一方面,通过强迫人们从事一些他们不一定会想反复从事的活动,体育锻炼增强了大脑的能力。
6、科技小报资料~~~!!!急急急急急急 要生动点的~!要能看懂!
保护地球水源污染和治理一.问题提出:
§1.水是大自然赐于人类的宝贵财富之一,也是人类自生存的必备命脉之一。
§2.水源在人类的生活和生产活动中,一方面被大量的消耗,另一方面又被工业废水、农业化肥污染、生活污水、石油和战争等所污染,往日清洁的海洋、湖泊和河流被夺去了清波碧浪。经常发生布满有机浮游生物的赤潮,它又是导致水中缺氧,直接影响到渔业生产。
§3.在人类步入21世纪的时候,世界上却有80多个国家、20多亿人口正面临着淡水资源危机,其中26个国家的3亿多人正生活在缺水的状况之中。在我国6000多个城市中,有一半城市缺水,其中100多个城市严重缺水。
二.解决的方法:
§1.污水处理厂是将工业废水、生活污水中的污染物质分离或转化成无害的物质,使污水得到净化。
§2.暴气池是让污水进入后,与池中的活性污泥进行有机反应,使有害物质被分解成无害物质,待水全部澄清后再排放。
§3.生活用水再利用是将住宅区里的洗脸、洗澡、洗菜等生活排放水集中起来,经过简单处理后,形成“中水”,可用于冲洗厕所、汽车或地面。
§4.农业管理化灌溉技术是目前农业节约用水的最先进的技术。它包括喷灌、滴灌、渗灌和各种地面管道灌溉。它不但可以防止水的渗漏和不必要的蒸发,节约用水,还可以减少化肥和农药的流失,减少化肥和农药对水体的污染。
§5.海水的淡化处理。
保护地球垃圾危害和治理一.问题提出:
§1.随着当今社会中现代化程度越来越高,同时现代废物垃圾在不断紧逼我们人类。据近年来的统计显示,全球每年生产的垃圾约450 亿吨。垃圾不仅侵占土地,破坏城市环境卫生,也是大气和水体污染的主污染源。因此,垃圾处理已成为人类社会发展要解决的一个重要问题。
§2、白色污染是指一次性餐盒、塑料袋与包装盒等塑料废物,它已被列入全球性危害。它们在自然界中,至少要经过200年到400年才可能被分解。如将它们掩埋在土壤中,会妨碍农作物生长。如将之焚烧,会释放出大量有毒气体污染空气。
§3、生活垃圾中,纸张占30%、果蔬皮壳占30%、玻璃占15%、废金属占10%、灰土占5%、破布占7%、其他杂物占3%,一些大型耐用消费品与电子产品,如汽车、电视机、电冰箱、洗衣机、计算机和报废后也成垃圾
7、科技小报的内容 急需!!!!!!!!!!!!!!!
冰糕为什么会冒气?
冰糕冒气是因为外界空气中有不少眼睛看不见的水汽,碰到很冷的冰糕时,一遇冷就液化成雾滴包围在冰糕周围,看上去似乎是冰糕在“冒气”一样。
向日葵为什么总是向着太阳?
向日葵的茎部含有一种奇妙的植物生长素。这种生长素非常怕光。一遇光线照射,它就会到背光的一面去,同时它还刺激背光一面的细胞迅速繁殖,所以,背光的一面就比向光的一面生长的快,使向日葵产生了向光性弯曲。
蝉为什么会蜕皮?
蝉的外壳(外骨骼)是坚硬的,不能随着蝉的生长而扩大,当蝉生长到一定阶段时,蝉的外骨骼限制了蝉的生长,蝉将原有的外骨骼脱去,就是蝉蜕。
蜜蜂怎样酿蜜?
蜂先把采来的花朵甜汁吐到一个空的蜂房中,到了晚上,再把甜汁吸到自己的蜜胃里进行调制,然后再吐出来,再吞进去,如此轮番吞吞吐吐,要进行100~240次,最后才酿成香甜的蜂蜜。反冲船-小制作 取一未开易拉罐,在底部偏心处及同侧罐壁上各锥一孔,倒出饮料.用两根铁丝将罐扣扎在半个金属肥皂盒上,在盒中架一金属小盖(如香脂盒),里放酒精棉花,如图所示. 实验时,从侧孔注入1/4罐清水,将侧孔先堵塞.把肥皂盒漂浮在水上,如同小船.点燃棉花酒精加热使水沸腾,蒸汽便从底孔喷出,船则前进. 手工小制作-不倒卡通娃 材料: 乒乓球二只、弹球一只、毛线、彩色纸、白胶。 制法: (一)将一只乒乓球煮烫2分钟,待球体膨胀后取出,在球上开一孔,将弹球放入乒乓球内。再将两只乒乓球在开孔处粘在一起。 (二)把毛线梳散粘于头部,可随意梳理成喜爱的发型。 (三)用彩色纸剪成眼、嘴及服饰贴于相应位置
8、请问有科技小报的资料吗?急需!!!
胜利油田钻井院承担的国家863课题“旋转导向钻井系统关键技术研究”,经过近3年的攻关,9月底在胜利油田进行了现场测试并取得成功,标志着该项研究取得突破性进展。
旋转导向钻井技术是上世纪末发展起来的一项自动化钻井新技术,是降低油气开发成本、提高油气采收率的有效技术,被称为代表了目前钻井技术最高水平。国际上从上世纪90年代初开始进行旋转导向钻井技术的研究开发,先后有20多家公司涉足该技术的研究开发,至今只有3家世界上最大的技术服务公司形成了现场应用能力。
为了适应油气开发形势需要、提高国内钻井技术水平和参与世界范围内钻井市场竞争,胜利钻井院1998年开始进行旋转导向钻井技术的前期研究,2002年进入旋转导向钻井系统关键技术研究和样机开发阶段。钻井院旋转导向项目组与西安石油大学建立了联合开发项目组,实现了技术上的优势互补。钻井院与西安石油大学联手先后进行了上百次的设计更改、几十次的关键单元室内模拟试验,研究开发了3套旋转导向钻井井下工具系统样机、开展了4轮20多次的地面测试,于2006年8月22日~23日在营12-斜225井上进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验,目的是试验其在斜井眼中保持原方位实现造斜的功能,试验实现造斜时的“测、控、储”以及测试机械结构综合性能。
据了解,胜利油田钻井院下一步将完善技术,为旋转导向钻井系统的商业化应用奠定基础。
2005年12月24日,由中国科学院电工研究所承担的“863”计划电动汽车重大专项--“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题在北京顺利通过了科技部863计划能源技术领域办公室组织的验收。
“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题的主要目标是进行电动汽车网络总线的共性技术研究,为电动汽车专项内部各单位提供总线及相关技术支撑,促进电动汽车通讯协议的规范化和标准化,为国内电动汽车的产业化打下基础。
经过该所研究人员的不懈努力,圆满完成课题任务。建立了比较完整的电动汽车通讯协议数据库体系,制定了电动汽车CAN总线通讯协议的专项内部推荐稿,能够适用于专项内部的纯电动、混合动力和燃料电池等各种类型电动汽车,向电动汽车通讯协议的标准化迈出了重要一步。对电动汽车总线测试规范进行了修订,使其更适用于电动车辆总线系统实际应用。建立了动力系统高速总线、车身网络低速CAN总线与LIN总线的公共平台,能够开展电动汽车用各种总线及通讯协议的开发工作。开展电磁兼容性研究,初步建立了电动汽车总线系统EMC测试平台。同时,汽车电子组还对TTCAN和LIN等其它先进车用总线技术进行了深入研究,对FLEXRAY总线进行了理论探讨,为总线技术的后续发展进行了充分的技术储备。
验收会上,专家组高度评价了电工所的工作,一致同意该课题通过验收,并建议进一步加强与整车单位合作,完善协议内容,使其成为国家标准;完善电动汽车通讯网络的公共测试平台,深入研究关键技术,促进我国车用总线技术的发展。
日前,由哈尔滨量具刃具集团有限责任公司承担的“十五”863计划“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题通过了机器人技术主题组织的验收。
“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题对并联机床结构、数字伺服系统开发、CAD/CAM应用、复杂曲面加工、并联结构加工误差与精度分析、机构结构参数标定及机床刚度的提高等技术进行了深入的研究,攻克了机床总体布局并联结构设计、七轴联动并联机床数控系统、并联加工中心精度保障等关键技术,并在并联机床的结构参数检测和机床标定方面有所创新,获得实用新型专利授权4项,发表学术论文9篇。
课题组按合同要求研制出了适合于复杂曲面叶片加工用并联加工中心商品化样机1台,不仅主要技术指标达到了课题任务书规定的要求,而且已有4台产品投入哈尔滨汽轮机厂的实际生产中,用于加工中、小型的动叶片和导叶片,加工精度与加工效率已与进口机床相当,较好地满足了用户的生产及工艺要求。
美国机器人元老 英格伯格,1925年7月出生于美国的布鲁克林。毕业于哥伦比亚大学。第二次世界大战后,在一家公司工作。1956年以后,他开始与德沃尔密切合作,共同设计了一台工业机器人。他们筹集了足够的资金,1959年开始制造,终于造出了世界上第一台工业机器人,名叫“尤尼梅特”,意思是“万能自动”。
英格伯格和德沃尔筹办了“尤尼梅特”公司,这是世界上第一家专门生产机器人的工厂。
为了推广机器人,英格伯格于1967年到日本宣传介绍机器人。日本600多人听了他的演讲。从此,英格伯格被人们誉为“美国机器人的元老”。
宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了完美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家最终验证了1929年爱德文哈勃(Edwin Hubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(Big Bang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(George F Smoot)、约翰马瑟(John C Mather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的最新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(dark energy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(John Hopkins)教授阿德姆瑞斯(Adam Riess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”
宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(Saul Perlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(Brian Schmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由最为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前最主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(white dwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的最新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmological constant)。1917年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(Albert Einstein),为了建立一个稳态宇宙模型,最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,最为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个最为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropic principle),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。中国科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和中国科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。
宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalar field)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙最终以与大爆炸相反的“大坍缩”(big crunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终,宇宙将走向“大撕裂”(big rip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
最大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,最主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了第一阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前中国科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(Sean Carroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(Christopher Conselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(Steven Weinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”著名华裔物理学家、1957年诺贝尔物理
9、科技小报
科技之光
文章: 宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了完美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家最终验证了1929年爱德文哈勃(Edwin Hubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(Big Bang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(George F Smoot)、约翰马瑟(John C Mather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的最新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(dark energy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(John Hopkins)教授阿德姆瑞斯(Adam Riess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”
宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(Saul Perlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(Brian Schmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由最为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前最主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(white dwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的最新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmological constant)。1917年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(Albert Einstein),为了建立一个稳态宇宙模型,最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,最为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个最为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropic principle),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。中国科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和中国科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。
宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalar field)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙最终以与大爆炸相反的“大坍缩”(big crunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终,宇宙将走向“大撕裂”(big rip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
最大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,最主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了第一阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前中国科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(Sean Carroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(Christopher Conselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(Steven Weinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”著名华裔物理学家、1957年诺贝尔物理
10、怎样做科技小报?
资料
宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了完美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家最终验证了1929年爱德文哈勃(Edwin Hubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(Big Bang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(George F Smoot)、约翰马瑟(John C Mather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的最新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(dark energy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(John Hopkins)教授阿德姆瑞斯(Adam Riess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”
宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(Saul Perlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(Brian Schmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由最为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前最主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(white dwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的最新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmological constant)。1917年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(Albert Einstein),为了建立一个稳态宇宙模型,最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,最为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个最为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropic principle),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。中国科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和中国科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。
宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalar field)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙最终以与大爆炸相反的“大坍缩”(big crunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终,宇宙将走向“大撕裂”(big rip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
最大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,最主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了第一阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前中国科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(Sean Carroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(Christopher Conselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(Steven Weinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”著名华裔物理学家、1957年诺贝尔物理