宇宙加速膨脹背後的驅動力和小顆粒,中微子跟暗能量有何關聯?

我們身處在一個龐大而神秘的宇宙之中,有太多讓所有人困惑不已的問題等著科學家們去探索。這個神秘的世界,讓我們置身於大大小小的問題之中,正因為已經有了像粒子物理學這樣的標準模型,才幫助物理學家們理解基本的亞原子相互作用和宇宙初始的宇宙大爆炸理論,並且將宇宙過去那138億年時間裡的故事編織在了一起。

宇宙加速膨脹背後的驅動力和小顆粒,中微子跟暗能量有何關聯?

模型取得成功之後還有什麼

在之前的宇宙探索任務中,雖然我們已經取得了矚目的成果,包括以上的模型。但是,今後還有更多的探索等著我們去做。比如:這個世界上的暗能量到底是什麼,真的是我們觀察到的宇宙加速膨脹背後的驅動力嗎?從另一端的規模來看,中微子又是何物,難道是那些沒有跟任何東西發生相互作用、然後產生的宇宙“幽靈”小顆粒嗎?

有太多的疑問尚待解答,不管是從性質還是規模這兩個方面來看,雖然這兩個問題看似沒有任何關聯,但卻需要我們回答關於它們的一切,並且很有可能只需要一個實驗就可以揭示它們的答案。科學家認為100億年前正是暗能量肆虐的時候,可通過望遠鏡繪製黑暗宇宙的圖景供我們深入研究。

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宇宙就像一個發光的大蜘蛛網

宇宙網是一個概念,它是宇宙中最重要的存在。如果用生活中一個生動形象的例子來說明,那麼宇宙就像是一個閃閃發光的巨大蜘蛛網,只是這張網是由星系製成,而不是尋常的絲綢。密集的叢狀節點被又長又細的星系卷鬚連接起來,星系團所組成的這些節點。熙熙攘攘的星系信息,就像一個巨大又寬闊的城牆。雖然結構很多,但巨大的宇宙空洞佔據了宇宙中的大部分體積,天體荒漠就像完全沒有任何旁物。

在數十億年前,自然界中最柔弱的力量通過重力慢慢地構建,然後經過演變才形成了這個宇宙網。雖然當宇宙在當前大小是最微弱的一小部分,並且是幾乎完全均勻的情況,但這裡的“幾乎”是很重要的一個體現,即:即使點到點之間的密度只是發生了微小的變化,但宇宙中的某些角落卻也因此比平均值變得更加擁擠,相反,其他角落則相對更少。

很多事物都會通過時間超越我們的預期,重力也隨著時間的推移而在我們的宇宙網中做出了令人驚訝的事。那些看似只是略高於平均值的密集區域,重力強大到吸引周圍的環境,那些團塊便因此變得更具有吸引力,而後吸引了更多的鄰居。如果將這個過程快進十億年,那麼這已足夠成長為自己的宇宙網絡。

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製作宇宙網你需要哪些東西

想要成功的製作一張宇宙網,自然需要具備一些必要條件,比如引力。當然了,這個過程最有意思的地方就在於細節。不同種類的物質聚集在一起的結果,那必然是形成各種不同的結構,這其中的某些物質可能會因為一些確定或不定的因素而相互糾纏在一起、又或是在凝結之前去除多餘熱量,同時,其他的物質則可能隨時加入離它最近的另一方。

有時重力可以在一定的時間內有效的完成自己的工作,這是因為過程中的某些物質移動的速度足夠緩慢,相反,其他類型的物質則表現的靈活而龐大,這才使得重力無法將它的微弱置於其上。如果用一句話簡單的來表達,如果宇宙的成分被改變,那麼你所得到的的宇宙網看起來也會變得不一樣。兩種不同情況的對比,或許有更少的空洞和更豐富的聚類。只是,那些空隙只是在宇宙的早期佔據著主導的地位,但並沒有形成聚類。

在宇宙的成分中,中微子是一個特別的存在,它正是文章一開始所提到的幽靈粒子。質量很輕的中微子可以約等於光速進行傳播。重力因為其可以平滑宇宙結構,所以無法完成將中微子拉成緊湊小球的工作。所以,如果你在宇宙之中添加大量的中微子,那麼整個星系之類的東西都將面臨無法在宇宙的早期形成。

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將宇宙網本身用作物理學的巨型實驗室

通過剛剛的闡述,或許你已經意識到一個問題,那就是:我們想要研究中微子,其實可以把宇宙網本身用作物理學的巨型實驗室。想要直接處理中微子,可以通過檢查網的結構,然後將其分解成簇和空隙等不同的部分進行。

如果我們只能看到宇宙網中像星系團這樣的一部分物體,那麼想要分辨中微子效應和暗能量效應之間的區別,這將是沒有足夠信息來分辨的一個問題,這兩者都阻礙了它們的聚集。這是一個客觀存在、又有一些瑣碎的問題,宇宙中並不只有中微子這一種成分,暗能量的存在便是混淆的主要因素之一,正是這神秘的力量才使我們的宇宙被分開,也就是說,會存在一種主要的方式對宇宙網絡產生影響,想要在快速擴張的宇宙中建立大型物體本身的難度就可想而知。

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星系調查有助於發現中微子和暗能量屬性

不久的將來,將會有星系調查任務將進行(比如:歐洲航天局的歐幾里德任務),這對暗能量和微中子屬性的發現都是有非常大助益的。這個整裝待發的歐幾里德衛星,將為我們繪製數百萬個星系的位置所在,這將是一張非常寬闊的宇宙網畫像。這個結構將暗示我們宇宙的歷史,以及這個過去被哪些成分所取決。

得到暗能量的本質和中微子的本質將會預示著一個新天文時代的開始,宇宙中那些最密集、繁忙、孤獨又空曠的組合都將被觀察。或許,我們將瞭解到的暗能量會變得越來越糟、又或是越來越好,甚至是變得完成相同。同時,我們還可能知道大量的中微子到底有多大、有多少中微子正在宇宙中徘徊。不管如何,目前的我們很難預料以後實際看到的是什麼樣子,但這一切問題,時間都會給出我們最接近真相的答案。


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