一口气搞懂暗能量的前世今生( 二 )


一口气搞懂暗能量的前世今生
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按照哈勃的发现,宇宙学常数Λ应该从爱因斯坦的场方程中去掉。所以,哈勃的发现几乎给宇宙学常数Λ判了死刑。
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据说,连爱因斯坦曾对此懊悔不已,他认为给广义相对论添加宇宙学常数Λ是他一生中最大的错误。
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宇宙学常数Λ的今生
可能爱因斯坦做梦都想不到,宇宙学常数Λ未来竟然还会起死回生,事情还能迎来反转,他添加的这个宇宙学常数Λ,真的是瞎猫碰上了死耗子。在哈勃发表了自己的观测结果,并提出了大名鼎鼎的哈勃定律之后。
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勒梅特提出了不同的看法,他认为宇宙学常数Λ未必会等于0,也就是说,宇宙学常数Λ未必应该去除掉。他是这么思考的,如果我们向上抛一个小球,这个小球会减速运动,当到达最高处时,速度会变成0,接近着开始加速下落。
我们知道,宇宙中的物质之间是呈现引力的,也就是说,它们在彼此吸引。所以,宇宙膨胀的过程中,实际上受到了引力的作用,宇宙应该是减速膨胀的。但这都是在假设宇宙中只存在引力的情况,但宇宙真的存在引力吗?这目前我们还不知道,因此,宇宙学常数Λ是一个很好的调节器,可以调节宇宙膨胀的速率。但是勒梅特的研究在当时并没有引起太多的关注。
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后来,科学家在计算宇宙的总质量时,就发现宇宙的总质量竟然是一个负值。后来,科学家们检查了一遍计算的过程,发现并没有什么错误。于是,科学家就猜测是不是存在着人类观测不到的物质?
后来,有两个独立观测的科学团队,他们发表了Ia型超新星的观测数据,观测数据表面宇宙正在加速膨胀。随后,这个观测结果也被其他团队所证实。2011年,两个小组的负责人获得了诺贝尔物理学奖。
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宇宙加速膨胀的结果也预示着,宇宙中存在着一种力,这个力的属性恰好和引力是相反的,也就是斥力。而提供这个斥力的就被科学家称为暗能量。
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爱因斯坦的宇宙学常数Λ正如勒梅特预言的那样,需要重新引入到广义相对论的场方程当中,用来描述宇宙的加速膨胀,只不过这时的取值和爱因斯坦的取值是不一样的。
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暗能量
科学家进一步研究发现,暗能量实际上和空间自身的尺度有关,也就是说,宇宙的尺度越大,暗能量就会越大。而宇宙中还存在着可见物质和暗物质,它们所提供的其实是引力。因此,宇宙的膨胀实际上是引力和斥力相互博弈的结果,或者我们可以说是暗物质、可见物质与暗能量博弈的结果。
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在宇宙大爆炸之初,可见物质和暗物质的引力是宇宙的主导,宇宙是在减速膨胀;而到了距今45亿年前,宇宙膨胀到如今宇宙大小的75%,暗能量提供的斥力占据了主导,于是,宇宙开始加速膨胀。
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如今,科学家已经可以通过宇宙微波背景辐射来计算暗能量、暗物质、可见物质的比例。其中暗能量占据了接近75%,其余的大部分都是暗物质,可见物质只有不到5%。也就是说,由于暗物质也是无法直接进行观测的,因此人类可以观测的,仅仅是宇宙总物质量的不到5%。
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暗能量的占比说明了暗能量将在未来宇宙的演化过程中扮演极为重要的角色。我们目前所知道的是,暗能量和真空的尺度有关,它提供与引力相反的斥力。
然而暗能量到底是什么?我们目前一无所知,在学术圈,暗能量的假说简直遍地都是。可以说,暗能量是如今这个时代,科学界上空的一朵乌云,它对宇宙的演化起到了决定性的作用,而我们对它却一无所知。

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