爱读书 探索 暗能量在宇宙是否会增加,你是揭密者吗,你是不是对此一直很好奇

暗能量在宇宙是否会增加,你是揭密者吗,你是不是对此一直很好奇

当爱因斯坦首次介绍他的广义相对论时,他增加了一个常数叫宇宙学恒量去解释这个稳定的宇宙。他后来说这是他犯过的最大错误,但最近物理学家再议论起这个常数,并意识到宇宙学恒量可以很好地代表别的东西,如暗能量。那这种神秘的能量必须保持不变吗?它将被揭开面纱,而今天我们正在回答这个非凡的问题。

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暗能量在宇宙是否会增加?你是揭密者吗?你是不是对此一直很好奇?暗能量是现代科学的最大谜题之一,我们知道它占据了整个宇宙的68%,而暗物质占据了所有物质的95%。但是,除此之外,对于如此丰富的东西,令人惊讶地是我们几乎不知道它是什么!暗能量最容易被认为是空旷空间的能量密度,它只是理论化下的产物,而这要归功于天文学中的另一个谜团——宇宙膨胀不断加速。

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在许多人的心目中,加速膨胀的最可能的解释是存在一种巨大的力量,它通过克服重力来推动宇宙分裂 ——这就是暗能量。我们仍然处于试图理解这一切的早期阶段,但大多数科学家目前认为宇宙中的暗能量量是恒定不变的,它将永远占68%。但有一些理论认为情况可能并非如此,暗能量的水平可能会随着时间的推移而变化。

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如果宇宙中的暗能量含量在过去是突然开始增加,那么第一个问题是:增加的能量来自哪里?宇宙是一个封闭的系统,热力学第一定律指出,能量不能被创造或破坏——那么,是什么给的呢?在这样一个规律上,没有办法确切地知道,但人们认为我们的宇宙具有相同大小的能量。

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虽然一切皆在稳定的状态下,但是如果暗物质正如一些人所说持续增加的话,那么它一定会从其他地方获得能量。至于从哪里,现如今有好几种理论,可能有些来自更遥远的地方。在光谱的一端,这就意味着这股来自平行宇宙的能量正在渗入我们自己的宇宙中,或者说那股看起来无法用检测到的暗能量其实是从其他公认宇宙的未知领域偷来的。

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然而,在其他地方,也有些研究提出,暗能量可能是通过将暗物质转化其本身的过程而形成的。如果这是真的,那么在相同的过程中,就算是可见暗物质的总数,最终也会引其减少吗?也会有可能把它转变为暗物质吗?到目前为止,没有理由这么想。但是,爱因斯坦的著名方程式E=mc^2表明了物质“m”和能量“E”之间的关系,阐述了两者之间可以达到转换的关系。

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不过,如果暗物质正在转化(或者说窃取)成为普通物质的话,反之这一规律就会变得十分不祥了。换句话说,甚至我们的世界可能会慢慢消失,以一种不可察觉但是依然保持一定速率的速度灰飞烟灭。但是我们不必过于超前,不管这种能量来自何处,我们清楚暗能量依旧是宇宙加速膨胀的原因。所以,如果它在增加,那么膨胀的加速也会同样增加。这一切之所以会变得不幸,其中一个原因是它缩短了人类在星际间旅行的时间。

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当宇宙膨胀时,即使以目前的速度,星系与星系之间也被推得越来越远。今晚望向星空,你已经看到大多数恒星和星系在慢慢地远离地球,增加了我们和它们之间的距离。这意味着,虽然据报道,我们正争先恐后地研究如何实现星际旅行,但实现这一目标所需的旅行长度却在不断增加。在二十世纪 20 年代末,科学家们就已经开始接受宇宙正在膨胀这一突破性的现实。然而,从那以后,有多次研究表明,扩张速度比以前认为的要快——特别是在最近几年。就今天的问题而言,科学家在测量宇宙时,依然会对正在增加的暗物质再次感到惊讶——宇宙膨胀的速度之快,远远超过了我们以前所知道的一切。

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暗能量的增加得以证实,这意味着我们目前对基础物理学的理解将被重新评估,进而可能导致一场领域变革。然而,在日常生活中,我们的担忧与孤独感与日俱增。一方面,如果“暗物质由可见物质演变而来”的理论成立,那么现实的确令人崩溃;另一方面,宇宙回撤的速度比我们预想的稍快一些。

这真的像是宇宙本身让智慧生命尽可能难以接触到其他生命形式。即便在当下的物理条件下,不仅光速仍限制了时空旅行,恒星之间的距离也仍在扩大,尽管它们早已相隔甚远。正是由于天体远离我们的速度超过光速,我们已永久无法触及某些星系和行星。同时,暗物质的增加也会让更多星星永远远离我们(但并不一定真正消失)。宇宙将变成孤寂之地,最终自我终结。

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“大裂口”是宇宙终结的理论之一。随着空间膨胀,星系之间的最大区域将明显伸展……但是,随着时间流逝,再小的区域也将彼此远离。最终,理论表明:单个恒星系统将加速分离,行星将被拽离母星。宇宙万物将永远改变,直到相互渐行渐远。更重要的是,“大裂口”理论指出,随着宇宙不断膨胀,即便是恒星和行星本身,也将逐渐从内部撕裂,被撕裂成越来越小的碎片,直到分崩瓦解,变成孤立原子,最终漂浮太空。如果宇宙的暗能量增加,“大裂口”也同步开启,那么一切将会更快发生,直到原子也被分解,宇宙重归虚无。然而,尚有潜在的喘息机会(即使很微弱)。

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理论上来讲,真空会将物质还原为最基础形态,它与一些人认为的宇宙在大爆炸前的最初状态惊人的相似。我们目前认为,宇宙在大爆炸之前其热量与密度都是无限大的,然而在大撕裂后宇宙应是冰冷稀薄的。这是其中一个重要差异。尽管如此,物理学家埃里克·加威斯尔(Eric Gawiser)的研究解释了其中缘由,也为该理论带来了希望。据他所讲,存在一种可能,暗能量的增长并不会以宇宙大撕裂告终,宇宙大撕裂只是宇宙堙灭的开始!大撕裂后的宇宙最终可能与大爆炸刚刚发生时相似,均成指数级扩张。因此,随着暗能量逐渐占上风,大撕裂的末期会发生逆转。

Gawiser认为,就在宇宙膨胀直至虚无之前,宇宙中的能量将转化为一场激烈的大爆炸,从而助力宇宙的重建。如果假设成立,这意味着我们的宇宙是无限古老的,借助着如浪潮般源源不断的暗能量,它不断地膨胀,坍缩,然后无限循环。但要记住,这仅仅只是一个理论。大多数科学家依然认为暗能量只是不随时间增加的普适常数。

该理论可能只是一种假说,却有着及其深远的影响,亟待更多的调查研究。例如2018年初,科学家吉多·里萨利蒂(Guido Risaliti)和伊莉莎贝塔·卢索(Elisabeta Lusso)发现极远处的类星体(能量极大的活动星系核)具有不同的暗能量浓度。在他们的研究中,甚至认为暗能量“一定随着时间增长”。这种神秘的物质可能是爱因斯坦提出的宇宙学常数。随着暗能量增长,如果它的浓度亦随着时间增长,那么它将能揭开宇宙起源的神秘面纱。

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宇宙学常数(cosmological constant)或宇宙常数由阿尔伯特·爱因斯坦首先提出,现前常标为希腊文“Λ”,与度规张量相乘后成为宇宙常数项{\displaystyle \Lambda g_{\mu \nu }}\Lambda g_{\mu \nu }而添加在爱因斯坦方程中,使方程能有静态宇宙的解。若不加上此项,则广义相对论所得原版本的爱因斯坦方程会得到动态宇宙的结果。

类星体 (英语:quasar,/ˈkweɪzɑːr/,也以QSO或quasi-stellar object为人所知)是极度明亮的活动星系核(AGN,active galactic nucleus)。大多数星系的核心都有一个特大质量黑洞,它的质量从百万至数十亿太阳质量不等。在类星体和其它形式的活动星系核,黑洞被气态的吸积盘环绕着。

当吸积盘中的气体朝向黑洞墬落,能量就会以电磁辐射的形式释放出来。这些辐射被观测到,发现它可以跨越电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、和γ射线等电磁频谱的波长。类星体辐射的功率非常巨大:最强大的类星体的光度超过1041 瓦特,是普通星系,例如银河系,的数千倍[2]。”类星体”这个名词源自于准恒星状电波源(quasi-stellar[star-like] radio source)的缩写,因为在1950年代发现这种天体时,被认定为未知物理源的电波发射源,当在可见光的照相图中筛检出来时,它们类似可见光的星状微弱光点。

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暗能量(英语:Dark energy)是某种作用于时空结构本身的能量,并且是种均匀的负压力,会导致时空结构膨胀。

在物理宇宙学中,暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式。暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种[1]。在宇宙标准模型中,暗能量占据宇宙68.3%的质能。

暗能量现有两种模型:宇宙学常数(即一种均匀充满空间的恒常能量密度)和标量场(即一个能量密度随时空变化的动力学场,如第五元素和模空间 (物理学))。对宇宙有恒定影响的标量场常被包含在宇宙常数中。宇宙常数在物理上等价于真空能量。在空间上变化的标量场很难从宇宙常数中分离出来,因为变化太缓慢了。

大撕裂是一种宇宙论假说,在2003年首度被发布,关于宇宙的终极命运,假说中认为宇宙中的物质,从恒星和星系到原子和次原子粒子,在有限时间的未来会因为宇宙的膨胀进一步的被撕裂。理论上,宇宙的尺度因素在未来有限的时间会变得无限大。

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