如果芭芭拉·赖登(Barbara Ryden)的预测正确,那么几年之内她将能够回答关于大自然最宏大的谜团之一:宇宙将如何终结?
宇宙的未来会怎样?它会永远膨胀下去,所有的物质都稀释成冰冷、黑暗的尘埃吗?还是宇宙最终会坍缩成一次“大挤压”?答案取决于宇宙是否包含足够的质量——以及由此产生的引力——来减缓并逆转膨胀。不幸的是,天文学家无法直接测量宇宙的总质量——其中大部分似乎以暗物质的形式存在。然而,这一障碍并没有阻止俄亥俄州立大学的天文学家芭芭拉·赖登。到本世纪末,当一次即将进行的宇宙巡天能够为她提供所需的数据时,她应该能够预言宇宙的未来。
她的秘密是什么?赖登认为,普林斯顿大学的宇宙学家博赫丹·帕琴斯基(Bohdan Paczy´nski)和加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的查尔斯·阿尔科克(Charles Alcock)提出的一个长期被忽视的观点,可能有助于解决这个终极谜题。帕琴斯基和阿尔科克意识到,原则上,可以通过仔细观察太空中的物体形状来测量宇宙减速的速度。膨胀的宇宙将其他星系带离我们自己的银河系。星系越远,它离我们的速度越快。从后退的星系发出的光波会被拉伸——向光谱的红色部分移动。
如果像许多宇宙学家认为的那样,宇宙在早期比现在膨胀得快得多,那么遥远物体的前后红移差异应该大于近距离物体的差异。赖登解释说,当你向外看太空时,你也在回顾过去。理论上,那么,离我们非常遥远的物体应该比靠近的物体显得更扭曲。
但是那些物体必须非常大——比单个星系大得多。赖登说,星系是引力束缚的物体,它们本身不会随着宇宙的膨胀而膨胀。它们根本不会显示出扭曲。即使是星系团也可能太小了;看起来像是宇宙拉伸可能是由星系自身的局部运动引起的。
在20世纪80年代末,天文学家发现宇宙就像一桶泡泡,巨大的星系片被巨大的、大致呈球形的空洞分隔开——这些片就像肥皂膜环绕着泡泡一样勾勒出空洞的表面。这些空洞的直径高达数亿光年——赖登说,足够大,可以显示出由减速的宇宙造成的任何变形。她说,所有这些空洞在“真实空间”中都被认为是大致呈球形的。也就是说,如果你拿出非常非常长的尺子来测量它们的大小,它们会是球形的。但用天文学家唯一可用的尺子——红移——从地球测量,空洞可能会显得扭曲。
假设膨胀正在减慢,一个空洞离我们最远的一面应该比它靠近的一面后退得更快,这会使这个球体沿着视线拉伸成一个椭球体。赖登说,通过测量定义空洞表面的星系的红移,应该可以检测到这种扭曲。然后,天文学家可以根据日益增远的空洞的观测到的扭曲来估算宇宙减速的速率,这个数值被称为减速参数。
去年,赖登报告说她分析了数百个空洞以寻找扭曲的迹象——但一无所获。她的失败并没有让她完全惊讶。她使用的空洞图只显示了最近的10亿光年内的空间;拉伸的空洞应该在更远三四倍的地方变得更加明显。这是因为,在接下来的五年里,一个名为斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey)的国际项目将绘制大约30亿光年内100万个星系的图谱。赖登认为,有了这些数据,她就能测量出拉伸的量和减速参数。
如果她发现一个大的减速参数(数值大于0.5),宇宙迟早会坍塌。较小的数值意味着宇宙已经达到了逃逸速度,物质会越来越分散。当减速参数恰好是0.5时,宇宙将避免这两种命运。它会越来越慢地膨胀,直到在无限的未来某个时刻,它仅仅停止。














