當愛因斯坦首次介紹他的廣義相對論時,他增加了一個常數叫宇宙學恒量去解釋這個穩定的宇宙。他後來說這是他犯過的最大錯誤,但最近實體學家再議論起這個常數,并意識到宇宙學恒量可以很好地代表别的東西,如暗能量。那這種神秘的能量必須保持不變嗎?它将被揭開面紗,而今天我們正在回答這個非凡的問題。

暗能量在宇宙是否會增加?你是揭密者嗎?你是不是對此一直很好奇?暗能量是現代科學的最大謎題之一,我們知道它占據了整個宇宙的68%,而暗物質占據了所有物質的95%。但是,除此之外,對于如此豐富的東西,令人驚訝地是我們幾乎不知道它是什麼!暗能量最容易被認為是空曠空間的能量密度,它隻是理論化下的産物,而這要歸功于天文學中的另一個謎團——宇宙膨脹不斷加速。
在許多人的心目中,加速膨脹的最可能的解釋是存在一種巨大的力量,它通過克服重力來推動宇宙分裂 ——這就是暗能量。我們仍然處于試圖了解這一切的早期階段,但大多數科學家目前認為宇宙中的暗能量量是恒定不變的,它将永遠占68%。但有一些理論認為情況可能并非如此,暗能量的水準可能會随着時間的推移而變化。
如果宇宙中的暗能量含量在過去是突然開始增加,那麼第一個問題是:增加的能量來自哪裡?宇宙是一個封閉的系統,熱力學第一定律指出,能量不能被創造或破壞——那麼,是什麼給的呢?在這樣一個規律上,沒有辦法确切地知道,但人們認為我們的宇宙具有相同大小的能量。
雖然一切皆在穩定的狀态下,但是如果暗物質正如一些人所說持續增加的話,那麼它一定會從其他地方獲得能量。至于從哪裡,現如今有好幾種理論,可能有些來自更遙遠的地方。在光譜的一端,這就意味着這股來自平行宇宙的能量正在滲入我們自己的宇宙中,或者說那股看起來無法用檢測到的暗能量其實是從其他公認宇宙的未知領域偷來的。
然而,在其他地方,也有些研究提出,暗能量可能是通過将暗物質轉化其本身的過程而形成的。如果這是真的,那麼在相同的過程中,就算是可見暗物質的總數,最終也會引其減少嗎?也會有可能把它轉變為暗物質嗎?到目前為止,沒有理由這麼想。但是,愛因斯坦的著名方程式E=mc^2表明了物質“m”和能量“E”之間的關系,闡述了兩者之間可以達到轉換的關系。
不過,如果暗物質正在轉化(或者說竊取)成為普通物質的話,反之這一規律就會變得十分不祥了。換句話說,甚至我們的世界可能會慢慢消失,以一種不可察覺但是依然保持一定速率的速度灰飛煙滅。但是我們不必過于超前,不管這種能量來自何處,我們清楚暗能量依舊是宇宙加速膨脹的原因。是以,如果它在增加,那麼膨脹的加速也會同樣增加。這一切之是以會變得不幸,其中一個原因是它縮短了人類在星際間旅行的時間。
當宇宙膨脹時,即使以目前的速度,星系與星系之間也被推得越來越遠。今晚望向星空,你已經看到大多數恒星和星系在慢慢地遠離地球,增加了我們和它們之間的距離。這意味着,雖然據報道,我們正争先恐後地研究如何實作星際旅行,但實作這一目标所需的旅行長度卻在不斷增加。在二十世紀 20 年代末,科學家們就已經開始接受宇宙正在膨脹這一突破性的現實。然而,從那以後,有多次研究表明,擴張速度比以前認為的要快——特别是在最近幾年。就今天的問題而言,科學家在測量宇宙時,依然會對正在增加的暗物質再次感到驚訝——宇宙膨脹的速度之快,遠遠超過了我們以前所知道的一切。
暗能量的增加得以證明,這意味着我們目前對基礎實體學的了解将被重新評估,進而可能導緻一場領域變革。然而,在日常生活中,我們的擔憂與孤獨感與日俱增。一方面,如果“暗物質由可見物質演變而來”的理論成立,那麼現實的确令人崩潰;另一方面,宇宙回撤的速度比我們預想的稍快一些。
這真的像是宇宙本身讓智慧生命盡可能難以接觸到其他生命形式。即便在當下的實體條件下,不僅光速仍限制了時空旅行,恒星之間的距離也仍在擴大,盡管它們早已相隔甚遠。正是由于天體遠離我們的速度超過光速,我們已永久無法觸及某些星系和行星。同時,暗物質的增加也會讓更多星星永遠遠離我們(但并不一定真正消失)。宇宙将變成孤寂之地,最終自我終結。
"大裂口"是宇宙終結的理論之一。随着空間膨脹,星系之間的最大區域将明顯伸展……但是,随着時間流逝,再小的區域也将彼此遠離。最終,理論表明:單個恒星系統将加速分離,行星将被拽離母星。宇宙萬物将永遠改變,直到互相漸行漸遠。更重要的是,“大裂口”理論指出,随着宇宙不斷膨脹,即便是恒星和行星本身,也将逐漸從内部撕裂,被撕裂成越來越小的碎片,直到分崩瓦解,變成孤立原子,最終漂浮太空。如果宇宙的暗能量增加,“大裂口”也同步開啟,那麼一切将會更快發生,直到原子也被分解,宇宙重歸虛無。然而,尚有潛在的喘息機會(即使很微弱)。
理論上來講,真空會将物質還原為最基礎形态,它與一些人認為的宇宙在大爆炸前的最初狀态驚人的相似。我們目前認為,宇宙在大爆炸之前其熱量與密度都是無限大的,然而在大撕裂後宇宙應是冰冷稀薄的。這是其中一個重要差異。盡管如此,實體學家埃裡克·加威斯爾(Eric Gawiser)的研究解釋了其中緣由,也為該理論帶來了希望。據他所講,存在一種可能,暗能量的增長并不會以宇宙大撕裂告終,宇宙大撕裂隻是宇宙堙滅的開始!大撕裂後的宇宙最終可能與大爆炸剛剛發生時相似,均成指數級擴張。是以,随着暗能量逐漸占上風,大撕裂的末期會發生逆轉。
Gawiser認為,就在宇宙膨脹直至虛無之前,宇宙中的能量将轉化為一場激烈的大爆炸,進而助力宇宙的重建。如果假設成立,這意味着我們的宇宙是無限古老的,借助着如浪潮般源源不斷的暗能量,它不斷地膨脹,坍縮,然後無限循環。但要記住,這僅僅隻是一個理論。大多數科學家依然認為暗能量隻是不随時間增加的普适常數。
該理論可能隻是一種假說,卻有着及其深遠的影響,亟待更多的調查研究。例如2018年初,科學家吉多·裡薩利蒂(Guido Risaliti)和伊莉莎貝塔·盧索(Elisabeta Lusso)發現極遠處的類星體(能量極大的活動星系核)具有不同的暗能量濃度。在他們的研究中,甚至認為暗能量“一定随着時間增長”。這種神秘的物質可能是愛因斯坦提出的宇宙學常數。随着暗能量增長,如果它的濃度亦随着時間增長,那麼它将能揭開宇宙起源的神秘面紗。
宇宙學常數(cosmological constant)或宇宙常數由阿爾伯特·愛因斯坦首先提出,現前常标為希臘文“Λ”,與度規張量相乘後成為宇宙常數項}Lambda g_而添加在愛因斯坦方程中,使方程能有靜态宇宙的解。若不加上此項,則廣義相對論所得原版本的愛因斯坦方程會得到動态宇宙的結果。
類星體 (英語:quasar,/ kwe zɑ r/,也以QSO或quasi-stellar object為人所知)是極度明亮的活動星系核(AGN,active galactic nucleus)。大多數星系的核心都有一個特大品質黑洞,它的品質從百萬至數十億太陽品質不等。在類星體和其它形式的活動星系核,黑洞被氣态的吸積盤環繞着。
當吸積盤中的氣體朝向黑洞墬落,能量就會以電磁輻射的形式釋放出來。這些輻射被觀測到,發現它可以跨越電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、和γ射線等電磁頻譜的波長。類星體輻射的功率非常巨大:最強大的類星體的光度超過1041 瓦特,是普通星系,例如銀河系,的數千倍[2]。"類星體"這個名詞源自于準恒星狀電波源(quasi-stellar[star-like] radio source)的縮寫,因為在1950年代發現這種天體時,被認定為未知實體源的電波發射源,當在可見光的照相圖中篩檢出來時,它們類似可見光的星狀微弱光點。
暗能量(英語:Dark energy)是某種作用于時空結構本身的能量,并且是種均勻的負壓力,會導緻時空結構膨脹。
在實體宇宙學中,暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種[1]。在宇宙标準模型中,暗能量占據宇宙68.3%的質能。
暗能量現有兩種模型:宇宙學常數(即一種均勻充滿空間的恒常能量密度)和标量場(即一個能量密度随時空變化的動力學場,如第五元素和模空間 (實體學))。對宇宙有恒定影響的标量場常被包含在宇宙常數中。宇宙常數在實體上等價于真空能量。在空間上變化的标量場很難從宇宙常數中分離出來,因為變化太緩慢了。
大撕裂是一種宇宙論假說,在2003年首度被釋出,關于宇宙的終極命運,假說中認為宇宙中的物質,從恒星和星系到原子和次原子粒子,在有限時間的未來會因為宇宙的膨脹進一步的被撕裂。理論上,宇宙的尺度因素在未來有限的時間會變得無限大。
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