最前沿的宇宙未解之谜( 三 ) _之谜

用我们世界的眼光观察暴胀理论下的多元宇宙，会有十分奇异的感觉。每一个宇宙都将拥有自己的物理定律，有些或许会跟我们的非常相似，而有些则或许截然相反。试图用一套规则解释所有粒子与力的弦理论就曾预言，各不相同的宇宙的总数目，将达到105那么多。当然，这仅仅是一种猜测而已。
与其他理论相比，暴胀理论与当前业已观察到的真实宇宙的许多特性相吻合，因而也赢得了众多经验主义者的支持追捧。比如，它预测了一种特殊的宇宙微波背景的图样，而威尔金森微波各向异性探测器以及普朗克卫星的观测结果佐证了这一预测。尽管这个事例依然不能彻底认定暴胀理论的完全正确，但暴胀理论看起来确实是最为可信的学说之一。
问题四：如果大爆炸初期宇宙的扩张速度超过了光速，那么这是否违背了爱因斯坦提出的“没有任何事物的速度可以超越光速”？
如果宇宙膨胀论的模型是正确的话，那么宇宙扩张的速度，的确曾经比光速快得太多太多。不过这仅仅发生在宇宙产生后的10－30秒。咋一看，这确实违反了爱因斯坦狭义相对论中没有任何事物的运动速度可以超过光速的论断，但是，狭义相对论同时也具体地指出，任何具有质量的物体都无法赶上或超越光速，但空间是没有质量的。在早期的宇宙中，物体以低于光速的速度在空间中运动，空间本身则以超光速的速度运动，这丝毫未违背爱因斯坦的理论。
也许以上听起来有些像诡辩，但这真的完全符合爱因斯坦相对论的论述与精髓。因为狭义相对论解释的是光与运动物体的行为特征，以及物理定律为何适用于我们所在宇宙的所有观察者。然而一个高度扩张的空间是不会受制于这些针对光与物体的物理定律的，并且任何以超光速收缩的物体也是根本无法观测的。
总之，回答超光速是否会惹爱因斯坦生气的问题，关键在于能否挣脱物体在空间中运动这一惯性思维的束缚，开始从空间本身也能够延伸扩张的新角度思考问题。这也是理解暗能量和宇宙加速膨胀等新概念的前提。
问题五：《探索》杂志本期封面文章的作者提到， “红移”是由于光受多普勒效应发生拉伸而造成的，但是这并不正确。红移的真正原因是受空间伸展的影响，这与多普勒效应造成的波长延伸有着本质区别。
作者没有犯错。当遥远的星系逐渐远离地球，它们发出的光便会产生拉伸，这就是红移现象，即在可见光波段，光谱的谱线朝红端移动了一段距离，波长变长、频率降低。1929年，埃德温·哈勃便是借助该现象以及天文学家维斯托·斯里弗尔的观测数据，推演出了宇宙的表观膨胀。包括哈勃本人在内的许多科学家，都把红移现象的原因归于多普勒效应，尽管这种解释在技术上存在不少不严谨的地方。
多普勒效应对于电波的影响表现为，当电波朝向你运动时，它造成电波的聚集；反之，则令电波拉伸。一个最浅显的例子，就是消防车的警笛。当车辆向你驶来时，警笛声会变得异常刺耳；而当它从你身边驶离后，警笛声立刻消减了许多。通过观察天文望远镜前来来往往的不同星体，科学家们发现，多普勒频移效应始终存在并发挥作用。而这随后演化成为一种最主要的发现未知行星的方法。
不过，科学家始终强调，宇宙膨胀的根源，在于空间本身的扩张，而非星系穿越空间的运动。当光波穿越膨胀中的空间，它本身便会随之被拉伸与红移。就像上文说到的气球模型，如果在气球表面画上一道线代表光波，那么球体膨胀时这道线就会变长与扭曲。这与多普勒效应影响电磁波的结果是一样的，只不过遥远星系的红移被称作宇宙学红移。