宇宙中神秘的暗能量从何而来,它是否可以决定我们的未来?

宇宙中神秘的暗能量从何而来,它是否可以决定我们的未来?
2019年08月24日 00:27 新浪网 作者 异宝文化

作者:石兰(抄袭必究)

随着天文科学的进步,我们清晰地认识到宇宙中的所有物体,都正在以恒定的速度远离周围的一切,地球也并不是宇宙的中心,宇宙一直处于不断加速的膨胀过程之中。早在20年前,科学家们就提出了暗能量这种无形的力量,它就像是藏匿于时空结构中的一种被压抑的能量形式,可以揭示宇宙膨胀加速的原因。与此同时,将其用于构建更完善的宇宙模型,能够揭示各种事物的演化,包括从大爆炸时期到现代大规模星系结构的形成。我们应该如何追踪暗能量随着时间发生了怎样的变化,这种神秘的能量形式又是否可以决定我们的未来?

宇宙中神秘的暗能量从何而来,它是否可以决定我们的未来?

宇宙中的暗能量从何而来

暗能量占据着宇宙质量的四分之三左右,与重力相反是其最具有代表性的特征之一,它与暗物质之间并没有直接关联,除了“黑暗”这个词本身,但其仅代表了它们自身的未知属性。众所周知,暗能量并不是一种通过直接观察发现的能量形式,而是科学家从宇宙物体之间的引力相互作用中推断得出。后来,暗能量衍生出了两种模型,分别是标量场和宇宙学常数,前者可释义为一个能量密度随时空变化的动力学场,后者则表示了一种均匀充满空间的常能量密度。但是,由于在空间上变化的标量场变化太缓慢,因而难以将其从宇宙常数中分离出来。之所以会出现暗能量这种力量的假设,是因为科学家们在观察中发现宇宙随着时间的推移出现了加速膨胀。并且,目前的宇宙膨胀速度比以往任何时候都更快,这跟所有人之前所预期的完全相反,这意味着必须有一股力量在抵抗向内引力。简而言之,宇宙中存在一个实体,它正在迫使宇宙发生引力作用之外的加速,虽然我们并不知道它具体是什么。尽管暗能量的发现并不奇怪,但却引发了更多其他的问题,比如,我们自己的存在,不过是无数世界中恒定和条件不同的世界之一。并且,科学家们都认为在寻求理解未来宇宙的过程中,暗能量的本质会起到决定性作用。

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暗能量是否会随时间而变化

在宇宙结构和演化常用到的天体物理模型中,科学家们将暗能量视为常数、甚至是宇宙常数,爱因斯坦将其作为广义相对论的重要部分。然而,科学家们在对类星体的大型黑洞研究过程中发现,暗能量可能是被误传为任何类型的常数,并表示在宇宙诞生的138亿年后,这股力量可能已经发生了一些不同的变化。位于星系中心的超大质量黑洞快速生长,散发出宇宙中最明亮的光度,类星体就起源于围绕黑洞旋转的这些物质盘。当旋转圆盘产生的紫外线在附近的热气云中撞击电子,便会在多个波长的高能光线中产生强大的光,紫外线辐射通过两者之间的相互作用被提升到了X射线水平。而科学家们通过观察位于大爆炸后仅十亿年的类星体发现,当时宇宙的扩张速度比预期的速度更快,也就是说这股黑暗的能量,可能随着宇宙的变老而变得更加强烈。

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通过这两种不同类型光之间的相关性,可从太空船探测到的类星体X射线光分析物体的紫外线输出,并且,科学家从中获取到了类星体之间的距离信息。在此之前,研究人员对于宇宙扩张速度的研究,往往都是依赖于“标准蜡烛”(超新星爆炸),通过光线红移拉伸的波长来确定其相对于地球的移动速度。但强大的超新星却没有类星体明亮,导致较远距离观察的难度较高,因此,这样的发现为科学家们提供了另一种意义上的标准蜡烛,并且,这种方法和过去90亿年来超新星测量的结果吻合,它可以在更广泛的时间内评估宇宙的扩张情况。新结果和超新星之前的观察结果一致,但若将其与早期宇宙进行比较,之前的工作觉察到了明显加速的膨胀率,这样的差异可能需要一种新的物理学内容来解释,因为这包含了暗能量增加的可能性。

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暗物质如何关联宇宙的未来

在已经过去的数千年中,人类一直想要了解宇宙的形成过程,虽然宇宙学这个精确的研究领域诞生并没有多长的时间。我们开始不再局限于分析某些恒星或星系,而是将问题上升到诸如宇宙来自于哪里,为什么它会拥有如此多的天体构造,以及接下来的宇宙将会发生怎样的事件。而宇宙视野中最大的动荡发生在20世纪20年代,科学家们通过哈勃的探测发现,空间中各个方向的星系都正在离我们远去,通过宇宙微波背景的测量也证明了,宇宙已经从小而热的状态变得越来越大,这便预示着我们的宇宙也有所谓的开始和结束,而不是处于曾经以为的永恒不变状态。但宇宙中的物体并不都像星系运动一般可供观测,宇宙学中最具有震撼性的变化之一,便是那些完全不可见的东西,并且它们占据了宇宙质量的绝大部分。保持这些星系在一起的东西,除了引力之外,是一种完全不与普通物质和光相互作用的独立存在。比如,暗能量这种神秘的能量,并没有通过引力让宇宙变得更加聚集,相反,它正在推动宇宙的加速分离。这些具有里程碑性的发现都被归纳到了Lambda-CDM模型,即宇宙学标准模型,一组用于描述宇宙的方程。科学家表示,现在的我们处于宇宙历史的转折点,即从物质主导新能源的地方,宇宙的过去被暗物质所左右,而暗能量却能很大程度上决定我们未来的走向。

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