08.14 宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

現在國際天文學界公認的宇宙模型無時無刻不都擴張,恆星系之間互相遠離,而星系團之間也在漸行漸遠。在一百多年前哈勃證明宇宙天體紅證明宇宙膨脹之後,這些知識現在已經廣為人知,但是這些年來天文學家發現,宇宙膨脹的過程正在不斷加速,星系相對彼此退行的速度也越來越快。顯而易見,宇宙膨脹的加速一定有著特定的聯繫,但是究竟是什麼產生宇宙加速膨脹,我們不得而知,可以肯定的是這種“東西”能夠產生斥力,因為很明顯它正在把宇宙向外推擠,於是人類給這個神秘的東西取了個名字,那就是“暗能量”。

人類通過20年的暗能量研究,可以說關於暗能量的物理本質,我們依然一無所知,而目前最新觀測與目前所以的流行理論,又都難以吻合,這就讓問題變的更加複雜。

現在科學家對暗能量的本質已經開始探尋,他們希望在10年內解決這個令人頭疼的問題。

關於什麼是暗能量,科學家提出了許多假設,現在科學界頭號理論:認為加速宇宙膨脹的驅動力源自宇宙空間本身的屬性,量子力學認為真空並非空無一物而是充斥大量虛的粒子和反粒子,他們同時產生又剎那之間相互湮滅。

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

儘管聽上去有點扯,但這些僅能存在於一瞬間的粒子,攜帶著大量的能量,而能量和質量是一樣能夠產生引力,不過與質量不同的是,能量不僅能夠產生引力,還能夠產生斥力,這取決與壓強是正還是負。按照現在的量子理論,真空中的能量應該有“負壓強”因此有可能是它們產生了宇宙膨脹產生的斥力。

其實這個理論等價於愛因斯坦的宇宙學常數,愛因斯坦用宇宙學常數來表示宇宙空間本身具有的均勻能量密度,這個假說認為,暗能量密度也是一個常數,不會隨著時間和空間而變化。

第二種理論認為:暗能量也許是一種被稱之為精緻的能量場,這種能量場瀰漫在整個宇宙之中,佔據了空間中的每一個點,可以抵消引力的吸引作用。我們對“場”應該並不陌生,無處不在的電磁力和引力都是通過“場”來發揮作用,假如暗能量是一個場,那麼它不太可能是一個常數,而且也可能隨著時間的變化而變化,如此一來,過去的暗能量就有可能比現在更強或者更弱,它的強度對以後宇宙的演化也可能會有影響。

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

而第三種理論比前兩種相對來說要粗暴多了,他們認為根本就沒有暗能量,宇宙的加速膨脹源自於廣義相對論無法解釋的物理現象,愛因斯坦理論可能是不完整的,很有可能在極大的程度下,比如星系或者星系團或者整個可觀測宇宙的跨度下引力定律會偏移目前的理論預測,帶來異常的引力效應,很多科學家對這個說法十分有興趣,並且沿著這個方向開展了十分有趣的理論探索,但是目前還沒有發現與所有觀測都相吻合。

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

所以目前來看,暗能量存在的假設還是佔據上風,我們可以看到上述對暗能量的解釋,都不是十分讓人滿意,感覺都是扯扯淡,以宇宙學常數為例,它預言暗能量強度遠超實際數值,假如我們簡單的把所有真空中正反虛粒子相關的量子態的能量疊加,得到的數值比實際觀測到的數值要大120個數量級,考慮到超對稱理論引入的修正後差距得意縮小,但是理論值仍然比測量值高出幾十個數量級,如果暗能量真的來自真空,那麼問題就來了?

真空能這麼會如此微小呢?而暗能量場在這個問題上表現的很好,理論研究者只需要假設與暗能量場相關的勢能最低點非常小,就可以保證空間中只蘊藏少量的暗能量。不過這樣的模型,同時也要求暗能量場與宇宙萬物的相互作用極其微弱,這就難道把暗能量場假說,自然的整合進先有的粒子物理模型之中。

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

如果暗能量真的是真空能,那麼宇宙膨脹加速將會一直持續下去,大約在一萬億年後,除了離銀河系最近的那些星系以外,銀河系到時候會合併成大型的橢圓星系,除此之外其他星系都會以光速遠離我們,再也無法觀測到,就算是來自宇宙大爆炸,宇宙微波背景輻射那時候的波長也會被拉長到整個可觀測宇宙的尺度難以察覺。

如果暗能量不是真空能,而是某種“未知的場”所攜帶的能量,宇宙的結局也許會更加的開放,宇宙可能會最終停止膨脹反而開始收縮,最終在大擠壓中,將宇宙中所有的物質擠壓到一起,重演一遍宇宙大爆炸。

宇宙也可能進入大撕裂狀態,大到星系團,小到原子核宇宙一切複雜結構屈服於強大的暗能量而被撕扯的四分五裂。

宇宙大爆炸和暗能量有什麼聯繫?

有人會問我們研究暗能量究竟能有什麼用,其實客觀的說並沒有什麼用,假設暗能量真的能為人類所用,可能要過個十幾萬年以後。就目前來說研究暗能量的性質將有助於瞭解宇宙的最終命運,雖然瞭解了也沒有多大用處,但是人類對未知事物的好奇,永遠都不會停止。


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