为什么要探索宇宙:初窥隐匿的宇宙(5)

20世纪的量子场论，论证了空间并不“空”，而是充斥着量子场，量子场无处不在。常被描述成是构建物质的原料的质子、电子以及其他粒子，它们本身就是量子场的激发态。当场接近最低能级时，空间看起来虚空。但当场重新受到激发，空间中就重新充斥着可见物质及能量。数学家卢奇亚诺·波伊将空间比作阿尔卑斯山上一个池塘中的水：平静时我们看不见它，但一阵微风拂过水面，我们就会发现它确实存在。“空间并不虚空，”美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒曾经说，“这就是物理学最精彩也是最令人惊讶的地方。”

宇宙是如何膨胀的？为什么膨胀貌似越来越快？在过去的一个世纪里，物理学家对这些问题的理解主要依赖于爱因斯坦的广义相对论。广义相对论具有极强的解释力，但在微观层面上它失灵了。微观世界受量子场论支配，人们也往往认为，宇宙加速膨胀的根本原因，能从量子场论中找到答案。或许，我们需要一种新理论来解释暗能量：空间和引力领域的量子理论。

 

 

为什么要探索宇宙:初窥隐匿的宇宙

 

目前，科学家面临的尴尬是，他们并不知道空间中包含多少能量，无论是暗能量或是其他什么。量子理论家尝试计算1升看似虚空的空间中包含有多少能量，得出一个很大的数字，而天文学家根据暗能量观测得出的数字要小得多。这两个结果间的差距大得惊人：10121——数字1后跟着121个0，这一数字甚至超过了我们观测到的恒星的数量，以及地球上的沙粒的数量。这是整个科学史上，理论与观测间出现过的最大的差值。显然，还有某些东西对空间非常重要，但我们还没找到它。因此，对空间中的一切物质，包括星系、恒星、行星甚至是人类自身，都要进行更深入的了解。

 

 

为什么要探索宇宙:初窥隐匿的宇宙

 

不过，这个难解的谜题已经向我们敞开发现的大门了。从某种程度上讲，爱因斯坦的广义相对论是在解决水星轨道的计算与探测间的微小差异的过程中提出的，量子物理学在某种意义上说起源于对热辐射传播方式的解密。那么，在解决我们今天面临的有关暗物质和暗能量的困惑的过程中，人类又将学到些什么呢？正如物理学家尼尔斯·玻尔所说：“没有矛盾，就没有进步。”