暗能量科普知識
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，所以人類無法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測。下面是小編為大家整理的暗能量科普知識，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，那么最簡單的起點(diǎn)就是我們觀察到的宇宙的開始：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＞拖裨谝粓霰荣愔心菢铀伎迹胁煌问降哪芰慷荚谙嗷ノ畛醯呐蛎浭挂磺醒杆俜蛛x。大爆炸是這場比賽的起跑器，您可以立即想象這場比賽可以通過三種方式結(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有引力無法將事物拉回去，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。
我們怎么知道宇宙的'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，我們可以通過測量宇宙的膨脹，通過測量來自不同距離的星系發(fā)出的光有多嚴(yán)重偏移來了解宇宙的膨脹。
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)來整理這些信息，并根據(jù)我們對許多星系的觀察來重建一個(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效的，而且遙遠(yuǎn)的星系并沒有因?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。
如果看起來暗能量，那將對我們宇宙的未來命運(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。（從小范圍來看，違反了能量守恒，但是對于不斷膨脹的宇宙，能量守恒。）
如果確實(shí)如此，那么我們宇宙的遙遙無期。大約60億年前，在暗能量開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)。不像我們在一開始就提到的“膨脹戰(zhàn)勝萬有引力”方案，但是，膨脹戰(zhàn)果斷地獲勝，而我們等待的時(shí)間越長，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，沒有內(nèi)在的理由將自己限制在這些簡單但沒有想象力的場景中。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，人們一直在猜測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始。而且，如果更改一次，但今天還沒有完全穩(wěn)定，則可能會(huì)再次更改。
這種改變的可能性使人們無法預(yù)測我們的未來。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％。美國宇航局即將成立的南希·格雷斯·羅馬天文臺（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)，從而破壞我們在亞原子水平上已知的物質(zhì)。無論這種過渡發(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。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測量宇宙中最遙遠(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_始就開始，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)立方法來測量宇宙，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單的東西。這并不意味著暗能量是一個(gè)簡單、不變的常數(shù)，它有138億年來的某種價(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)和測量。宇宙的未來是可以知道的，但只有相信我們的觀測才能支持。除非它們能足夠好來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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