关于物理学诺贝尔奖,《大西洋月刊》在暗能量问题上完全错了

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


《大西洋月刊》上周发表的关于物理学诺贝尔奖的文章,可悲的是,其中包含许多关于物理学和宇宙学的误导性或不准确的陈述。

撰写这篇文章的记者格雷格·伊斯特布鲁克,作为一名科学作家,有着辉煌的过去。他是早期就看穿航天飞机背后荒谬之处的头脑清醒的人之一。在一篇杰出的文章中,详细描述了它的鲁布·戈德堡式的宏伟和荒谬之处,这篇文章实际上是整个计划的历史,包括其成本超支和致命的失败——而他在1981年就写了这篇文章。

这个故事读起来令人不寒而栗。你几乎可以看到,在你眼前展开的是哥伦比亚号的灾难(“瓷砖是美国宇航局有史以来设计的最重要的‘安全生命’系统。这意味着它们没有备用方案。如果它们失效,航天飞机将在重返大气层时烧毁”)和挑战者号(“这就是计划。假设一个固体燃料助推器失效。计划是,你死了”)。


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最近,他对美国宇航局优先事项的批评,例如在《连线》杂志中看到的,(大部分)是切中要害的。

但伊斯特布鲁克也 периодически 表现出创造论的信仰,这对于一位被要求撰写关于生命起源的科学作家来说,有点令人不安(也在《连线》杂志中)。

偶尔,他似乎也高估了自己理解科学的能力。几年前,卡尔·齐默批评了他一些关于弦理论和其他维度的无稽之谈。上周,伊斯特布鲁克再次涉足宇宙学,在《大西洋月刊》的网站上。不幸的是,他的文章包含许多奇怪或完全错误的陈述。我写这篇博客并非为了进行人身攻击,当然也不是针对伊斯特布鲁克,因为我喜欢这个人,但我只是想为了记录而纠正他的文章。

他的文章摘要一开始就犯了一个错误,谈论“星系扩张”。但这可能是可以原谅的。暗能量通常是困惑的根源,即使对于物理学家来说也是如此。人们经常问,空间的膨胀是否意味着星系——或者甚至太阳系,甚至布鲁克林——也在膨胀。

就我们所知,它们没有膨胀。暗能量似乎唯一能做的就是使轨道比原本的轨道略微大一些,但难以察觉。暗能量非常稀薄,它只对更大的尺度产生明显的影响,大于星系团的数百万光年。

但也许《大西洋月刊》的编辑所说的“星系扩张”是指星系相对于彼此的运动。让我们继续。

伊斯特布鲁克写道:“一些理论家预测,由大爆炸的动量驱动的膨胀应该会减速。” 好的。

“最终,星系要么停止向外运动,宇宙变得静态,要么引力会将一切拉回到一起,形成大坍缩。”

并非如此。据我所知,没有人认为宇宙会从动态变为静态。在直到上世纪末才流行的标准宇宙学模型中,无论星系扩散得多么远,它们仍然会“感受到”彼此的引力拖曳。宇宙要么永远膨胀,要么重新坍缩。

“其他理论家认为,宇宙膨胀将以基本上恒定的速度永远持续下去。”

也许伊斯特布鲁克在这里指的是弗雷德·霍伊尔的“稳态”宇宙模型。但霍伊尔的重点是他不想相信大爆炸,所以他的模型不是大爆炸模型的变体。

“既然星系肯定早已克服了大爆炸的引力才能向外冲去,这种推理认为,它们只会继续前进。”

这真是错得离谱,我甚至不知道该如何解释。没有“大爆炸的引力”。如果星系继续前进,那是因为时空几何允许它们这样做。

“暗能量似乎强大到足以推动整个宇宙——但其来源未知,其位置未知,其物理性质高度推测性。”

在这里,伊斯特布鲁克似乎描绘了科学家们拿着放大镜四处走动,说:“我把暗能量放在哪里了?” 实际上,物理学家认为暗能量无处不在

“一个世纪以来,物理学家们精心微调了一个自然世界的概念,其中存在四种基本力:引力、将原子结合在一起的‘强力’、将电子固定在原子周围的‘弱力’……”

等等,什么!?

首先,“精心微调的自然世界概念”,伊斯特布鲁克大概指的是粒子物理学的标准模型,直到 20 世纪 70 年代才出现。即使想宽容一点,第四种力的想法最多也是 80 年前提出的。但伊斯特布鲁克错得离谱的地方在于将弱力描述为将原子结合在一起。弱(核,更准确地说)力仅参与核衰变,与将电子固定在原子周围无关。是电磁力在做这件事。

伊斯特布鲁克继续说道。“整个学术生涯都建立在完善四力思维的工作之上。” 这倒是真的。

“突然出现了第五种力,暗能量。尽管它似乎占宇宙的四分之三,但到目前为止还没有人注意到它。”

实际上,尽管认为暗能量是第五种力很诱人,但这并不能公平地代表主流物理学家的想法,他们认为暗能量是填充宇宙的物质的一部分,它对宇宙膨胀的影响是引力的——也就是说,完全可以在阿尔伯特·爱因斯坦引力理论的范围内预测。(请参阅肖恩·卡罗尔的暗能量常见问题解答。)

此外,早在发现宇宙加速膨胀之前,物理学家就已经推测暗能量的存在(以“宇宙常数”的形式出现)。

“似乎不可能制造出完全真空的空间,因此现在假设星系际空间不是真正的虚空。”

但从来没有人这样假设过。空间中纵横交错着大量的光子——包括宇宙微波背景的光子和恒星发出的光子——以及中微子和游荡的宇宙射线粒子,如质子。

量子场论的场也延伸到各处,因此物理学家并没有真正期望真空完全空无一物。暗能量存在的重点不是关于星际“真正的虚空”。无论如何,假设暗能量存在,它不仅会渗透到基本粒子之间的空隙,而且会真正地无处不在。

最后,伊斯特布鲁克的结论性评论个人冒犯了我这个星际迷航迷。“星系之间的交往将变得难以想象,”他写道,“即使柯克船长的曲速引擎被发明出来。” 但据我回忆,柯克从未在银河系之外冒险太多。

要获得关于暗能量的可靠信息,我推荐肖恩·卡罗尔精彩、清晰和详尽的暗能量常见问题解答。

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