暗能量科普知識(shí)
暗能量是驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的一種能量。它和暗物質(zhì)都不會(huì)吸收、反射或者輻射光，所以人類無(wú)法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)。下面是小編為大家整理的暗能量科普知識(shí)，僅供參考，歡迎閱讀。
暗能量是所有物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一。
根據(jù)我們的最佳觀察，宇宙不能僅由物質(zhì)和輻射構(gòu)成，而是需要一個(gè)與我們所知不一樣的附加成分。它不會(huì)結(jié)塊或聚集；它沒(méi)有我們知道的相關(guān)粒子或量子；它似乎在任何地方、任何時(shí)間和所有方向都是相同的。盡管我們可以描述它如何影響宇宙，并限制它所不表現(xiàn)出的行為，但是我們?nèi)匀徊淮_切知道什么是暗能量。
暗能量很可能是世俗的：空間本身固有的一種能量形式，與我們今天所觀察到的一樣，永遠(yuǎn)不會(huì)改變、發(fā)展、增強(qiáng)、減弱或做任何不同的事情。但是，總有可能暗能量比我們通常認(rèn)為最簡(jiǎn)單、最幼稚的實(shí)體負(fù)責(zé)。在我們更好地理解暗能量是什么以及它如何工作之前，我們必須接受一個(gè)極其不舒服的可能性：畢竟，暗能量可能會(huì)毀滅整個(gè)宇宙。
如果您想了解暗能量是什么以及它是如何工作的，那么最簡(jiǎn)單的起點(diǎn)就是我們觀察到的宇宙的開(kāi)始：熾熱的大爆炸。在大爆炸的最早瞬間，空間變得異常熱和致密，充滿了巨大的能量、物質(zhì)、反物質(zhì)和輻射。但是它也以令人難以置信的快速擴(kuò)張，以恰當(dāng)?shù)某跏妓俣绕胶饬艘Φ奈Α＞拖裨谝粓?chǎng)比賽中那樣思考，所有不同形式的能量都在相互吸引，而最初的膨脹使一切迅速分離。大爆炸是這場(chǎng)比賽的起跑器，您可以立即想象這場(chǎng)比賽可以通過(guò)三種方式結(jié)束：
引力勝了，克服了膨脹，使宇宙在大危機(jī)中崩潰了，膨脹獲勝，因?yàn)槿f(wàn)有引力無(wú)法將事物拉回去，結(jié)構(gòu)飛散，最終以大凍結(jié)結(jié)束，或兩者完美平衡，因?yàn)榕蛎浡式抵亮悖僖膊粫?huì)崩潰，因此出現(xiàn)“金發(fā)姑娘（“金發(fā)姑娘原則”指出，凡事都必須有度，而不能超越極限）”（或嚴(yán)重）情況。
我們?cè)趺粗烙钪娴?最終命運(yùn)？從理論上講，宇宙的膨脹率必須隨著時(shí)間的流逝而變化，受廣義相對(duì)論定律的支配。隨著宇宙的膨脹，它的密度降低，并且由于輻射損失能量而冷卻。因此，我們可以通過(guò)測(cè)量宇宙的膨脹，通過(guò)測(cè)量來(lái)自不同距離的星系發(fā)出的光有多嚴(yán)重偏移來(lái)了解宇宙的膨脹。
想象一下，您可以在整個(gè)宇宙的歷史中看到一個(gè)星系。起初，它的消退速度非常快，但是隨著宇宙膨脹率下降，它似乎會(huì)放慢速度。宇宙是否崩潰，將取決于表觀的衰退速度如何隨著時(shí)間而放緩。到20世紀(jì)90年代后期，我們已經(jīng)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)整理這些信息，并根據(jù)我們對(duì)許多星系的觀察來(lái)重建一個(gè)星系會(huì)發(fā)生什么。但是他們的發(fā)現(xiàn)令人震驚：不僅所有這些情況都是無(wú)效的，而且遙遠(yuǎn)的星系并沒(méi)有因?yàn)槲覀兊南硕怕俣龋炊诩铀佟?/p>
如果您可以從“大爆炸”開(kāi)始之初就觀察到一個(gè)星系，那么您會(huì)發(fā)現(xiàn)它從我們的角度迅速消退，然后在我們的消退中減速了70億多年，隨著引力的作用越來(lái)越慢努力抵消膨脹。然后，大約在60億年前，該星系將停止減速，轉(zhuǎn)而再次遠(yuǎn)離我們。
與廣義相對(duì)論和我們收集到的全套數(shù)據(jù)一致的唯一解釋是：宇宙還有一個(gè)附加成分，甚至超出了暗物質(zhì)、正常物質(zhì)、中微子、輻射、黑洞和引力波。它不會(huì)隨時(shí)間變化很大，只有在物質(zhì)和輻射密度降至臨界值以下時(shí)才變得重要。據(jù)我們所知，它的行為就像是空間本身固有的一種能量形式：暗能量。
如果看起來(lái)暗能量，那將對(duì)我們宇宙的未來(lái)命運(yùn)產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。根據(jù)其當(dāng)前的行為，我們被數(shù)據(jù)吸引來(lái)推斷暗能量是一個(gè)常數(shù)：其能量密度不會(huì)隨時(shí)間變化。這意味著，隨著宇宙的膨脹和體積的增加，它實(shí)際上會(huì)獲得能量。（從小范圍來(lái)看，違反了能量守恒，但是對(duì)于不斷膨脹的宇宙，能量守恒。）
如果確實(shí)如此，那么我們宇宙的遙遙無(wú)期。大約60億年前，在暗能量開(kāi)始支配宇宙膨脹之前，已經(jīng)被引力相互束縛的物體將保持束縛，因此銀河系甚至本地集團(tuán)都是安全的。但是，尺度更大的結(jié)構(gòu)將繼續(xù)彼此遠(yuǎn)離，并且隨著時(shí)間的流逝，它們似乎將越來(lái)越快地消失。
最終，我們的本地集團(tuán)將合并為一個(gè)巨大的星系，所有其他星系組和星系團(tuán)也將融合在一起，而它們彼此之間則相互遠(yuǎn)離。隨著時(shí)間的流逝，它們會(huì)加速，因此即使我們以光速發(fā)射了航天器，它們也永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)我們的目的地。令人驚訝和令人不安的是，這已經(jīng)發(fā)生在我們距離超過(guò)180億光年的宇宙中的每個(gè)星系，據(jù)估計(jì)，可觀察到的宇宙中有94％的星系。
如果暗能量確實(shí)是一個(gè)常數(shù)，那么我們的宇宙將以一場(chǎng)大結(jié)局結(jié)束，而我們的命運(yùn)將是一個(gè)寒冷而寂寞的命運(yùn)。不像我們?cè)谝婚_(kāi)始就提到的“膨脹戰(zhàn)勝萬(wàn)有引力”方案，但是，膨脹戰(zhàn)果斷地獲勝，而我們等待的時(shí)間越長(zhǎng)，勝利就越具有決定性。暗能量以這種方式運(yùn)行有兩個(gè)合理的原因，我們不知道哪個(gè)（如果有）是正確的：
宇宙常數(shù)——在廣義相對(duì)論中，您可以向理論中添加一個(gè)“常數(shù)”，該常數(shù)會(huì)始終影響宇宙的膨脹率。如果此常數(shù)為正且不為零，則很容易造成暗能量。量子真空的零點(diǎn)能量——在量子場(chǎng)論中，系統(tǒng)的最低能量狀態(tài)（稱為基態(tài)）不必為零，而可以為有限的非零值。如果空白空間的基態(tài)具有正的有限值，那么這也可能是暗能量的原因。
但是，沒(méi)有內(nèi)在的理由將自己限制在這些簡(jiǎn)單但沒(méi)有想象力的場(chǎng)景中。實(shí)際上，如果我們考慮將能量固有于結(jié)構(gòu)的空間這一想法，那么宇宙歷史上還有另一個(gè)時(shí)間應(yīng)該發(fā)揮重要作用：在宇宙膨脹期間，引發(fā)了熱潮。膨脹使宇宙扁平化，并在所有地方賦予其相同的特性，直到（某種程度上（我們不知道確切如何））原始空間結(jié)構(gòu)所固有的能量轉(zhuǎn)化為粒子和輻射，啟動(dòng)熱的大爆炸。
20多年來(lái)，人們一直在猜測(cè)膨脹與暗能量之間的可能聯(lián)系，其理論將兩者結(jié)合在一起，稱為“第五元素”，其他四個(gè)元素是土、火、水和空氣。今天，有四種基本力：引力，電磁力和強(qiáng)弱核力。存在第五種基本力量，并使其膨脹并加速宇宙的可能性，是這種精髓思想的現(xiàn)代化身。
暗能量的宇宙學(xué)常數(shù)或零點(diǎn)能量解釋與精粹解釋之間的最大區(qū)別在于，前兩者不會(huì)隨時(shí)間變化，而精粹則可以。實(shí)際上，如果精粹的大觀念是正確的，那必然意味著它至少發(fā)生了一次變化：從通貨膨脹即將結(jié)束之前到炙手可熱的大爆炸開(kāi)始。而且，如果更改一次，但今天還沒(méi)有完全穩(wěn)定，則可能會(huì)再次更改。
這種改變的可能性使人們無(wú)法預(yù)測(cè)我們的未來(lái)。如果暗能量永遠(yuǎn)不是一個(gè)完美的常數(shù)，那么如果這個(gè)假設(shè)被證明是錯(cuò)誤的，那么我們得出的關(guān)于宇宙最終命運(yùn)的任何結(jié)論都會(huì)改變。盡管我們對(duì)暗能量的恒定程度設(shè)置了相當(dāng)好的約束，但它們的高功率率約為10％。美國(guó)宇航局即將成立的南希·格雷斯·羅馬天文臺(tái)（一種廣域，高功率的哈勃望遠(yuǎn)鏡（以前稱為WFIRST））將這些限制提高了十倍，使我們能夠檢測(cè)到暗能量中的任何不均勻性，降低到大約1％的水平。
如果任其改變，那么對(duì)于我們命運(yùn)的不同，將會(huì)出現(xiàn)三種引人入勝的可能性。
暗能量可以自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)。這種稱為真空衰變的事件會(huì)自發(fā)地改變自然定律/常數(shù)，從而破壞我們?cè)趤喸铀缴弦阎奈镔|(zhì)。無(wú)論這種過(guò)渡發(fā)生在哪里，它都會(huì)影響該空間中的所有事物，并且該過(guò)渡應(yīng)以光速向外傳播。如果它到達(dá)了我們，它將摧毀我們，而我們卻看不到它的到來(lái)。暗能量可以隨著時(shí)間緩慢地逐漸增加（或減少）。
如果暗能量隨著時(shí)間而變強(qiáng)，空間最終將使其自身分裂，從而導(dǎo)致大裂變場(chǎng)景，從而使原子自身分裂。或者，如果暗能量的強(qiáng)度增加但其符號(hào)反轉(zhuǎn)（從正變負(fù)），則宇宙最終將崩潰并以大緊縮結(jié)束。暗能量可能會(huì)慢慢消失。暗能量可能會(huì)緩慢轉(zhuǎn)換為粒子/反粒子對(duì)或輻射，而不是一次全部改變，類似于黑洞最終將如何衰變。這可能會(huì)改變我們的命運(yùn)，使我們回到“臨界宇宙”道路上，隨著最后的暗能量衰減掉，膨脹速度降至零。
確實(shí)是一個(gè)了不起的事實(shí)，盡管我們想出了各種不同的方法來(lái)測(cè)量宇宙中最遙遠(yuǎn)的范圍，但它們?nèi)匀缓显谝黄稹Ｗ裱覀冎赖奈锢矶桑瑥囊婚_(kāi)始就開(kāi)始，然后在熱大爆炸發(fā)生時(shí)添加正確的成分——正常物質(zhì)、暗物質(zhì)、輻射、中微子和暗能量——您將獲得我們觀察到的宇宙。盡管有大量的獨(dú)立方法來(lái)測(cè)量宇宙，但這張照片仍然是每一張照片的有效解釋。
但這并不一定意味著暗能量是我們可以歸為最簡(jiǎn)單的東西。這并不意味著暗能量是一個(gè)簡(jiǎn)單、不變的常數(shù)，它有138億年來(lái)的某種價(jià)值，這個(gè)價(jià)值永遠(yuǎn)不會(huì)改變。相反，暗能量可以承擔(dān)各種各樣的特性，如果我們想要限制它可以或不能是什么，我們需要卓越的數(shù)據(jù)和測(cè)量。宇宙的未來(lái)是可以知道的，但只有相信我們的觀測(cè)才能支持。除非它們能足夠好來(lái)排除這些替代的可能性，我們不能排除暗能量最終會(huì)導(dǎo)致毀滅的可能性。
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