您现在的位置:首页 >> 探索宇宙 >> 内容

暗能量不是空间的某种特性,而是一个场,宇宙的未来也会有所不同

时间:2021-01-16 22:27:17 点击:

  核心提示: 冥维空间 世界上最遥远的距离,不是生与死的距离,不是天各一方,而是我就在你面前,你却不知道我爱你。 相信这首诗,很多人都听过,在爱情的世界中,它可以用...
冥维空间

世界上最遥远的距离,不是生与死的距离,不是天各一方,而是我就在你面前,你却不知道我爱你。

相信这首诗,很多人都听过,在爱情的世界中,它可以用来形容一对身体在一起,但灵魂却相隔一方的情侣。在科学的世界中,这首诗同样可以用,它可以用来形容宇宙中的一些未知力量——暗物质,它是一种看不见、摸不着,但是我们又必须假设它存在的东西。但是宇宙除了有暗物质的存在,还存在着一股暗势力,它就是存在更广泛的——暗能量。

暗物质和暗能量,到底有多神秘?

现在的宇宙好比是一个有100户人家的小区,你就在这个小区中住,住了一段时间你会惊讶地发现,100户人家中你竟然只见过其中的5户邻居,有27户人家你从来都没有见过,也没有打过招呼,甚至你想找都找不到他们,但是你肯定他们确实在这个小区住,不然晚上他们的灯是不会亮的。剩下的68户人家就显得更加神秘了,这些人也住在小区,但是从来都不露面,回家也不开灯,但是他们一直对整个小区施加着影响,他们一直在勤勤恳恳地为小区开疆扩土,小区的面积一天比一天要大一些,相信如果谁住在这样的小区,都会觉得太过于神秘而不敢居住了。

然而事实的情况就是——我们所生活的宇宙就是这样一个宇宙,一个仿佛见了“鬼”的宇宙,在上面的比喻中,27户你从来都没有见过的人家就是——暗物质。而68户整天为小区开疆扩土的人家就是——暗能量。

这个世界由我们熟悉的原子、分子等组成,它们还可以细分为夸克、电子、胶子等不可再分的粒子,世界都是由这些物质组成的。其实这句话严格意义上来说错得很离谱,我们目前对这个世界的组成根本还称不上了解,因为我们所知道的物质还不到这个宇宙组成的5%,尽管小数点后面可能会有那么一点点误差,但有一组数字是非常可怕的:

仰望璀璨的夜空,我们把无数的星系、恒星、气体、尘埃,还有那些不发光的黑洞、流浪行星全部都加在一起,它们只能占到宇宙组成的4.9%。那些看不到、摸不着、不与任何普通物质发挥作用,只靠着引力发挥作用的暗物质是普通物质的6倍左右,占到了26.8%。普通物质和暗物质加在一起也只能占到宇宙质能总和的31.7%,剩下的全部都是——暗能量。

四舍五入一下,普通物质、暗物质、暗能量的比例就是5:27:68。一般而言,宇宙是以暗能量为主,其次是暗物质,最少的就是我们所熟知的普通物质。

图解:普通物质、暗物质、暗能量的比例

一种全新的宇宙力量,占据了宇宙物质组成的2/3

上个世纪20年代,美国天文学家哈勃发现了宇宙并非静态,宇宙在膨胀,宇宙虽然很大,但是它仍然在不知疲倦地膨胀,宇宙膨胀以及伴随的宇宙大爆炸学说可以说是20世纪人类最伟大的科学发现之一了,宇宙是在一个密度无限大、体积无限小的点开始的,然后开始了一场大爆炸,经过了138亿年的膨胀,最终变成了今天的模样。

根据理论,如果宇宙中只有普通物质、暗物质和能量的话,那么宇宙的膨胀速度应该慢慢地减缓才对,最初人们也是认为宇宙的膨胀会越来越慢,这是人们关于宇宙的第1直觉,因为万有引力的存在,物质和物质之间会相互吸引,它们会逐渐把膨胀的宇宙这批脱缰的野马拉回来,膨胀的速度自然一天一天的慢下来,这是直至20世纪末人类对宇宙膨胀的理解。

然而,上个世纪末科学家的一个新发现让人们彻底改变了这个看法,当时有两个独立的科学小组,他们都在追踪宇宙中一类特殊的超新星· Ⅰa型超新星。Ⅰa型超新星号称宇宙的标准烛光,是用来测量天体距离的利器,这类天体有一个很特别的优点,就是它的绝对亮度是恒定的,所以我们只需要测量它在望远镜下的亮度,就能够知道它和我们之间的距离。

最初两个观测小组都认为他们能够通过观测Ⅰa型超新星来发现宇宙正在减速膨胀的证据,可是当数据出来以后,所有人都大吃一惊,原本应该更加明亮的超新星,竟然就黯淡了那么一点,如果宇宙的膨胀正在减速,它们就应当距离我们更近、更明亮才对。这也就意味着这些超新星的距离比当时理论预测要更远,所以宇宙也要比我们曾经以为的更大一点。

当年两个观测小组的科学家对这个发现也感到非常震惊,他们甚至以为是自己的观测手段出了问题,才发生了如此荒谬可笑的结论,就像你突然发现你像天空中扔一个苹果,可苹果向上的速度竟然不减速,反而正在加速往天空深处飞去一样。可是数据总是不会说谎的,当时两个小组一共测量了58颗Ⅰa型超新星,结论是出奇的一致,58颗超新星它们所在的星系正在以越来越快的速度离开我们,宇宙没有在减速膨胀而是在加速膨胀。

应当如何来解释宇宙正在加速膨胀呢?

此时,摆在理论物理学家面前有两种可能性:

第一种:宇宙中有一种特别奇特的存在,它们总是和万有引力过意不去,能够产生一种斥力,这种斥力不仅让宇宙膨胀,而且膨胀的速度越来越快。第二种:目前我们所能够掌握的引力理论也就是广义相对论,它并不适用于大尺度的宇宙,就像牛顿的万有引力在强引力场附近就会渐渐地失效一样。主流学界目前更倾向于前一种说法,因为一种新的理论目前还没有被提出来,而且就算是新的理论被提出,也很难被验证,如果新的理论能够被验证,这可能又将是科学界的一个重大的突破,能够解决这个问题的人恐怕在科学史上甚至能够比肩牛顿、爱因斯坦和波尔这些拥有辉煌成就的科学家。所以为了自圆其说、为了能够逻辑自洽,物理学家们不得不引入了一种全新的宇宙力量。1998年,美国物理学家、宇宙学家特纳,给这种神秘的力量起了一个名字叫做·暗能量,从此科学界又多了一股暗势力。

关于暗能量最流行的观点

我们虽然给暗能量起了个名字,可是我们对它的了解几乎为0,我们只知道神秘而又强大的暗能量能够让星系之间彼此远离,能够解释宇宙空间的加速膨胀,但暗能量到底在哪?它的本质是什么?它又是如何作用于这个宇宙的?

我们一无所知,虽然不了解,但是我们可以猜测。

目前关于暗能量最流行的观点是——它是空间本身的属性,是一种来自空间的能量,宇宙其实非常空旷,普通物质和暗物质只占据了少量的空间,其余的空间都是什么都没有的,所谓的真空。

在传统意识中,“真空”这个词代表了空无一物的空间,完全没有任何粒子,没有温度,没有能量,但实验物理学家已经证实了,真空其实并非空无一物,真空中每时每刻都会有无数微小的量子涨落,大量的虚粒子和它们的反粒子凭空同时产生,而在刹那之间又会相互洇灭。尽管这个事听起来像鬼故事似的,但是科学家确实证实了这个事,所以关于暗能量的猜测有如下几种:

第1种猜测:空间也有自己的能量。这些仅能够存在一瞬间的粒子携带着能量,这种能量具有负压强,它们推动着宇宙膨胀。

第2种猜测:暗能量也可能是某种电场和磁场一样的。“场”是物理学家都熟悉的一种形态,无处不在的电磁力和万有引力都是通过场来发挥作用的,暗能量也可能是一种被叫做精致的能量场,这个取名来自于希腊哲学家,这种精致弥漫在整个宇宙中,占据着宇宙当中的每一个点,可以抵消引力的相互作用。

第3种猜测:根本不存在暗能量。爱因斯坦的广义相对论可能不完备,在大尺度的宇宙中可能不太适合描述引力的相互作用,这也就是说在星系和星系团的尺度下,引力可以用广义相对论来描述。可是如果我们把视角放在了整个宇宙的尺度,广义相对论就会失效,需要一种新的理论来解释宇宙的加速膨胀现象。

以上的3种解释,其实都是有一个问题的,那就是如果你觉得你有道理,那么你总得拿点什么证明你的道理,然而目前所有人包括这个时代最伟大的理论物理学家在面对这些问题时,都会选择沉默,因为谁也不知道。关于暗能量现阶段的状况,就是尽管很多人提出了很多的候选理论,但是没有一种让人信服,没有一种经过实验认证,谜团一直在延续着。

宇宙的命运其实取决于两种力量的对抗

暗能量之所以让许多人为之着迷,其实还因为它能够决定宇宙的未来,也就是决定整个宇宙的命运动,宇宙的命运其实取决于两种力量的对抗,一种力量是物质之间相互吸引、相互靠近,另一种力量使得物质之间相互排斥、相互远离。这两种力量的分别就是:万有引力和暗能量。

万有引力——可能我们已经非常了解了,17世纪牛顿已经明明白白地把公式写在了《自然哲学的数学原理》这本书中,只要我们知道两个物体的质量,知道它们之间的距离,我们就能够算出万有引力是多少。

牛顿的引力公式,在低引力场中能够完全适用,爱因斯坦在1915年对引力理论做了进一步的改进,它发表了广义相对论方程,我们又更加深刻地理解了万有引力,那就是时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。万有引力的本质其实是时空的弯曲。

图解:广义相对论方程

暗能量——尽管我们对万有引力可谓是相当了解了,可我们对另一种力量暗能量完完全全不了解,我们只知道宇宙加速膨胀是暗能量干的好事,但暗能量是怎样的存在?如何作用于宇宙空间的膨胀?这些问题我们只能把它记下来,记在本子上,留给后代来解答了。

所以,关于宇宙的未来,和刚才关于暗能量的特性一样,只能猜!如果暗能量是空间的某种特性的话,这种特性应该不会随着时间的变化而变化,于是宇宙会一直像这样加速膨胀下去,此时宇宙会有什么样的结局呢?

结局就是,除了距离银河系较近的本星系群中的星系,其他所有的星系都将加速远离我们,由于光速是有限的,这些星系所发出的光到达地球所需要的时间也会越来越长,直到它们距离足够远,它们远离我们的速度超过了光速之时,结果就是,从那里发出的光线就永远再也无法到达我们身边了。大约在1万一年以后,随着宇宙的加速膨胀,除了银河系所在的本星系群中的星系,其他的所有星系都将以超光速远离我们,我们的望远镜就再也看不到它们了。换句话说,那个时候的宇宙严格意义上来说就只有本星系群了,除此之外我们什么也看不到。

如果暗能量不是空间的某种特性,而是一个场,那么它就不太可能是一个常数了,而是会随着时间的变化而变化,未来的暗能量有可能会比现在更强或者更弱,于是宇宙的未来也会有所不同。

如果暗能量随着时间的变化而逐渐增大,我们可以称这种暗能量为·幽灵暗能量,幽灵暗能量又能反过来使空间扩张得更快,使整个宇宙伸展得越来越远,直到我们很难看见任何星星的光芒。宇宙最终也会被这股力量拆散,上至星系团,下至原子核,宇宙中一切的复杂结构都会屈服于幽灵暗能量,然后被撕扯得四分五裂,这种结局称之为·大撕裂,那个时候宇宙中除了一些不可再分的粒子以外,就什么也没有了。

相反,如果暗能量随着时间越来越小甚至变成负数的话,暗能量的作用就有可能由排斥变成吸引,这一转变如果在我们的宇宙中真实的发生了,那么后果也将是极其严重的——首先,宇宙的扩张速度会减慢,然后暗能量将真正地起到刹车的作用,宇宙的膨胀停止,然后反方向开始收缩,所有的星系、恒星将会回冲,越来越凶的相互碰撞,到最后所有的物质在一次大反冲中挤压成一堆,空间和时间凝聚成一个点,达到难以想象的高温、高密度状态,就像宇宙大爆炸开始的瞬间那样,然后宇宙很有可能再来一次大爆炸,这种结局称之为·大挤压。

我们对暗能量其实根本就不了解,所以宇宙到底是什么样的结局,目前也是一个谜团,到底会是大撕裂、大挤压,还是所有的星系都将永远地离开我们,今后需要更多理论和观测的证据。

余生结语:

当我们接受了宇宙在加速膨胀之时,就必须要接受暗能量是存在的,它的性质又决定了宇宙的未来。不过有一件好事是,也许暗能量的性质和我们目前的生存状态无关,暗能量只能够在大程度上影响宇宙,它并不会影响地球和太阳之间的距离,也不会影响你和你对象之间的距离。所以,明天的太阳光依然会在离开太阳8分钟以后到达地球,明天早上上班依然是半个小时的车程,明天的太阳依然会升起,暗能量依然会让宇宙更快地加速膨胀,但是我们的生活还是会继续,尽管我们对暗能量一无所知。



作者:不详 来源:网络
共有评论 0相关评论
发表我的评论
  • 大名:
  • 内容:
  • 宇宙探索网(www.yztsw.cn) © 2021 版权所有 All Rights Reserved.苏ICP备16045210号-1
  • 免责声明:本站资料来自网络和网友分享,如有侵权请联系本站

    Email:wlcz_8@163.com 站长QQ:17893691

  • Powered by laoy! V4.0.6