(神秘的什暗速膨地球uux.cn)據(jù)美國宇航局(切爾西·高德):大約138億年前,宇宙開始了我們稱之為大爆炸的脹的中快速膨脹。在持續(xù)了幾分之一秒的宇宙上海外圍上門外圍女(微信181-8279-1445)提供頂級(jí)外圍女上門,可滿足你的一切要求初始膨脹之后,引力開始讓宇宙減速。什暗速膨但是脹的中宇宙不會(huì)一直這樣。宇宙誕生90億年后,宇宙在一種被科學(xué)家命名為暗能量的什暗速膨未知力量的驅(qū)動(dòng)下,宇宙開始加速膨脹。脹的中
但是宇宙暗能量到底是什么呢?
簡短的回答是:我們不知道。但我們確實(shí)知道它的什暗速膨存在,它正在使宇宙加速膨脹,脹的中宇宙中大約68.3%到70%是宇宙暗能量。

這張信息圖概述了宇宙的歷史。uux.cn/美國國家航空航天局
簡史這一切都始于造父變星
暗能量直到20世紀(jì)90年代末才被發(fā)現(xiàn)。脹的中但它在科學(xué)研究中的宇宙起源可以追溯到1912年,當(dāng)時(shí)美國天文學(xué)家亨麗愛塔·斯萬·勒維特利用造父變星做出了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。造父變星是一類恒星,其亮度的波動(dòng)規(guī)律取決于恒星的亮度。
所有具有一定周期的造父星(造父星的周期是從明亮到暗淡再到明亮的時(shí)間)都具有相同的絕對(duì)星等或光度——它們發(fā)出的光量。萊維特測(cè)量了這些恒星,并證明了它們的亮度和光度的規(guī)則周期之間存在關(guān)系。萊維特的發(fā)現(xiàn)使天文學(xué)家有可能利用恒星的周期和光度來測(cè)量我們與遙遠(yuǎn)星系中造父星(以及我們自己的銀河系)的距離。
大約在歷史的同一時(shí)期,天文學(xué)家維斯托·斯萊弗用他的望遠(yuǎn)鏡攝譜儀觀察了螺旋星系,這種設(shè)備將光分成組成它的上海外圍上門外圍女(微信181-8279-1445)提供頂級(jí)外圍女上門,可滿足你的一切要求各種顏色,就像棱鏡將光分成彩虹一樣。他使用攝譜儀(當(dāng)時(shí)相對(duì)較新的發(fā)明)來觀察來自不同譜線星系的不同波長的光。通過他的觀察,西爾弗是第一個(gè)觀察到銀河系在遙遠(yuǎn)星系中以多快的速度遠(yuǎn)離我們的天文學(xué)家,這被稱為紅移。這些觀察將被證明對(duì)許多未來的科學(xué)突破至關(guān)重要,包括暗能量的發(fā)現(xiàn)。
紅移是一個(gè)術(shù)語,當(dāng)天文物體遠(yuǎn)離我們時(shí),來自這些物體的光會(huì)延伸出去。光的行為像波,紅光的波長最長。因此,從遠(yuǎn)離我們的物體發(fā)出的光波長更長,延伸到電磁波的“紅端”。
發(fā)現(xiàn)膨脹的宇宙
星系紅移、造父變星的周期光度關(guān)系以及測(cè)量恒星或星系距離的新能力的發(fā)現(xiàn),最終在天文學(xué)家觀察到星系隨著時(shí)間的推移離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn)的過程中發(fā)揮了作用,這表明了宇宙是如何膨脹的。在接下來的幾年里,世界各地不同的科學(xué)家開始將膨脹宇宙的碎片拼湊起來。
1922年,俄羅斯科學(xué)家和數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼發(fā)表了一篇論文,詳細(xì)介紹了宇宙歷史的多種可能性。該論文基于阿爾伯特·愛因斯坦1917年發(fā)表的廣義相對(duì)論,包括宇宙正在膨脹的可能性。
1927年,比利時(shí)天文學(xué)家喬治·勒梅特(據(jù)說他并不知道弗里德曼的工作)發(fā)表了一篇論文,其中也考慮了愛因斯坦的廣義相對(duì)論。此外,盡管愛因斯坦在其理論中指出宇宙是靜態(tài)的,但勒梅特展示了愛因斯坦理論中的方程如何實(shí)際上支持宇宙不是靜態(tài)的,而是實(shí)際上正在膨脹的觀點(diǎn)。
1929年,天文學(xué)家埃德溫·哈勃通過他的助手、天文學(xué)家米爾頓·赫馬森的觀測(cè)證實(shí)宇宙正在膨脹。赫馬森測(cè)量了螺旋星系的紅移。哈勃和赫馬森隨后研究了這些星系中的造父星,利用這些恒星確定了它們所在星系(或稱之為星云)的距離。他們將這些星系的距離與它們的紅移進(jìn)行了比較,并跟蹤了一個(gè)物體距離我們?cè)竭h(yuǎn),它的紅移越大,離我們?cè)竭h(yuǎn)的情況。兩人發(fā)現(xiàn),像星系這樣的物體遠(yuǎn)離地球的速度越快,每秒鐘超過幾十萬英里——這一觀察現(xiàn)在被稱為哈勃定律或哈勃-勒梅定律。他們證實(shí),宇宙確實(shí)在膨脹。

這張合成圖像展示了有史以來最復(fù)雜、最引人注目的星系團(tuán)碰撞。這個(gè)系統(tǒng)被正式命名為Abell 2744,由于發(fā)現(xiàn)了各種不同的結(jié)構(gòu),它被稱為潘多拉星團(tuán)。來自錢德拉(紅色)的數(shù)據(jù)顯示氣體溫度高達(dá)數(shù)百萬度。藍(lán)色的地圖顯示了基于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)和斯巴魯望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的總質(zhì)量濃度(主要是暗物質(zhì))。來自HST和VLT的光學(xué)數(shù)據(jù)也顯示了星系團(tuán)的組成星系。天文學(xué)家認(rèn)為至少有四個(gè)來自不同方向的星系團(tuán)參與了這次碰撞。uux.cn/
超新星顯示膨脹正在加速
科學(xué)家此前認(rèn)為,隨著時(shí)間的推移,宇宙的膨脹可能會(huì)因引力而放緩,這一預(yù)期得到了愛因斯坦廣義相對(duì)論的支持。但在1998年,當(dāng)兩個(gè)不同的天文學(xué)家小組觀察遙遠(yuǎn)的超新星時(shí),一切都發(fā)生了變化,他們注意到(在特定紅移下)恒星爆炸比預(yù)期的要暗。這些小組由天文學(xué)家亞當(dāng)·里斯、索爾·珀?duì)栺R特和布萊恩·施密特領(lǐng)導(dǎo)。這三人組因此獲得了2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
雖然昏暗的超新星似乎不是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn),但這些天文學(xué)家正在觀察1a型超新星,已知它們具有一定的亮度。所以他們知道一定有其他因素使這些物體看起來更暗。科學(xué)家可以利用物體的亮度來確定距離(和速度),較暗的物體通常距離更遠(yuǎn)(盡管周圍的灰塵和其他因素會(huì)導(dǎo)致物體變暗)。
這使得科學(xué)家們得出結(jié)論,這些超新星比他們通過觀察紅移所預(yù)期的要遠(yuǎn)得多。
利用物體的亮度,研究人員確定了這些超新星的距離。利用光譜,他們能夠計(jì)算出天體的紅移,從而計(jì)算出它們遠(yuǎn)離我們的速度。他們發(fā)現(xiàn)超新星并不像預(yù)期的那樣近,這意味著它們比以前更快地遠(yuǎn)離我們。這些觀察使科學(xué)家最終得出結(jié)論,宇宙本身肯定隨著時(shí)間的推移膨脹得更快。
雖然已經(jīng)探索了這些觀測(cè)結(jié)果的其他可能解釋,但近年來研究更遙遠(yuǎn)的超新星或其他宇宙現(xiàn)象的天文學(xué)家繼續(xù)收集證據(jù),并為宇宙隨著時(shí)間的推移而更快膨脹的觀點(diǎn)提供支持。這種現(xiàn)象現(xiàn)在被稱為宇宙加速。
但是,當(dāng)科學(xué)家為宇宙加速建立一個(gè)案例時(shí),他們也問:為什么?隨著時(shí)間的推移,是什么在推動(dòng)宇宙更快地?cái)U(kuò)張呢?
進(jìn)入暗能量。
暗能量到底是什么?
目前,暗能量只是天文學(xué)家給導(dǎo)致宇宙加速膨脹的神秘“東西”起的名字。
一些人認(rèn)為暗能量具有向外推動(dòng)太空的負(fù)壓效應(yīng)。然而,我們根本不知道暗能量是否具有任何類型的力的效果。關(guān)于暗能量可能是什么有很多想法。以下是對(duì)暗能量的四種主要解釋。請(qǐng)記住,有可能完全是別的東西。
真空能量:
一些科學(xué)家認(rèn)為暗能量是太空中一種基本的、無時(shí)不在的背景能量,稱為真空能量,它可能等于宇宙常數(shù),宇宙常數(shù)是愛因斯坦廣義相對(duì)論方程中的一個(gè)數(shù)學(xué)術(shù)語。最初,這個(gè)常數(shù)的存在是為了平衡引力,從而產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)的宇宙。但是當(dāng)哈勃證實(shí)宇宙確實(shí)在膨脹時(shí),愛因斯坦去掉了這個(gè)常數(shù),物理學(xué)家喬治·蓋莫夫稱之為“我最大的失誤”。
但是當(dāng)后來發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹實(shí)際上在加速時(shí),一些科學(xué)家提出,以前不可信的宇宙常數(shù)可能實(shí)際上有一個(gè)非零值。他們認(rèn)為這種額外的力對(duì)于加速宇宙膨脹是必要的。這種理論認(rèn)為這種神秘成分可以歸因于一種叫做“真空能量”的東西,這是一種滲透整個(gè)空間的理論背景能量。
空間從來都不是空的。根據(jù)量子場(chǎng)論,存在虛粒子,或粒子和反粒子對(duì)。人們認(rèn)為,這些虛擬粒子幾乎一出現(xiàn)在宇宙中就會(huì)相互抵消,這種突然出現(xiàn)又突然消失的行為可能是由充滿宇宙并將空間向外推的“真空能量”實(shí)現(xiàn)的。
雖然這一理論一直是一個(gè)熱門的討論話題,但研究這一選擇的科學(xué)家已經(jīng)計(jì)算出理論上太空中應(yīng)該有多少真空能量。他們表明,要么應(yīng)該有如此多的真空能量,以至于在一開始,宇宙會(huì)以如此快的速度和如此大的力量向外膨脹,以至于沒有恒星或星系可以形成,要么…應(yīng)該絕對(duì)沒有。這意味著宇宙中的真空能量肯定比這些預(yù)測(cè)中的要小得多。然而,這種差異尚未得到解決,甚至獲得了“宇宙常數(shù)問題”的綽號(hào)。
精髓:
一些科學(xué)家認(rèn)為,暗能量可能是一種充滿空間的能量流體或能量場(chǎng),其行為方式與正常物質(zhì)相反,其數(shù)量和分布在時(shí)間和空間上都有所不同。這種暗能量的假設(shè)版本被戲稱為精粹,以古希臘哲學(xué)家討論的理論上的第五元素命名。
一些科學(xué)家甚至提出,精髓可能是暗能量和暗物質(zhì)的某種結(jié)合,盡管這兩者目前被認(rèn)為是完全獨(dú)立的。雖然這兩者對(duì)科學(xué)家來說都是主要的謎團(tuán),但暗物質(zhì)被認(rèn)為占宇宙中所有物質(zhì)的85%。
空間褶皺:
一些科學(xué)家認(rèn)為暗能量可能是宇宙本身結(jié)構(gòu)的一種缺陷;像宇宙弦一樣的缺陷,這是一種假設(shè)的一維“皺紋”,被認(rèn)為是在早期宇宙中形成的。
廣義相對(duì)論的一個(gè)缺陷:
一些科學(xué)家認(rèn)為暗能量不是我們可以發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象。相反,他們認(rèn)為廣義相對(duì)論和愛因斯坦的引力理論以及它在可觀測(cè)宇宙尺度上的工作方式可能存在問題。在這個(gè)解釋中,科學(xué)家認(rèn)為有可能修改我們對(duì)引力的理解,從而解釋在不需要暗能量的情況下對(duì)宇宙的觀察。愛因斯坦實(shí)際上在1919年提出了這樣一個(gè)被稱為幺模引力的想法,這是廣義相對(duì)論的修改版本,今天的科學(xué)家認(rèn)為它不需要暗能量來理解宇宙。
未來
暗能量是宇宙最大的謎團(tuán)之一。幾十年來,科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)我們膨脹的宇宙進(jìn)行了理論化。現(xiàn)在,有史以來第一次,我們有足夠強(qiáng)大的工具來測(cè)試這些理論并真正研究這個(gè)大問題:“什么是暗能量?”
美國國家航空航天局在歐洲航天局(ESA)的歐幾里德任務(wù)(2023年發(fā)射)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,該任務(wù)將繪制一幅宇宙3D地圖,以了解物質(zhì)如何隨著時(shí)間的推移被暗能量撕裂。這張地圖將包括對(duì)距離地球100億光年的數(shù)十億個(gè)星系的觀測(cè)。
美國國家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望遠(yuǎn)鏡將于2027年5月發(fā)射,旨在研究暗能量和許多其他科學(xué)主題,并將創(chuàng)建3D暗物質(zhì)地圖。羅曼的分辨率將與美國國家航空航天局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡一樣清晰,但視野要大100倍,使其能夠捕捉更廣闊的宇宙圖像。這將使科學(xué)家能夠繪制物質(zhì)如何在宇宙中構(gòu)成和分布的地圖,并探索暗能量如何表現(xiàn)以及隨時(shí)間的變化。羅曼還將進(jìn)行一項(xiàng)額外的調(diào)查來探測(cè)Ia型超新星
除了美國國家航空航天局的任務(wù)和努力之外,維拉·魯賓天文臺(tái)也準(zhǔn)備支持我們對(duì)暗能量日益增長的理解。該天文臺(tái)得到了包括美國國家科學(xué)基金會(huì)在內(nèi)的一個(gè)大型合作機(jī)構(gòu)的支持。地面觀測(cè)站預(yù)計(jì)將于2025年投入使用。
歐幾里德、羅曼和魯賓的共同努力將開創(chuàng)宇宙學(xué)的新“黃金時(shí)代”,科學(xué)家們將收集比以往任何時(shí)候都更詳細(xì)的關(guān)于暗能量巨大奧秘的信息。
此外,美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(2021年發(fā)射)是世界上最強(qiáng)大和最大的太空望遠(yuǎn)鏡,旨在為多個(gè)研究領(lǐng)域做出貢獻(xiàn),并將為暗能量研究做出貢獻(xiàn)。
美國國家航空航天局的SPHEREx(用于宇宙歷史、再電離時(shí)代和國際海洋考察理事會(huì)探測(cè)器的分光光度計(jì))任務(wù)計(jì)劃不遲于2025年4月發(fā)射,旨在調(diào)查宇宙的起源。科學(xué)家們預(yù)計(jì),SPHEREx收集的數(shù)據(jù)將有助于加深我們對(duì)暗能量的了解。SPHEREx將在近紅外光下觀測(cè)整個(gè)天空,包括4。5億多個(gè)星系。
美國國家航空航天局還支持一個(gè)名為暗能量探索者的公民科學(xué)項(xiàng)目,該項(xiàng)目使世界上任何人,甚至那些沒有受過科學(xué)訓(xùn)練的人,都能幫助尋找暗能量的答案。
*簡短說明*
最后,澄清一下,暗能量不同于暗物質(zhì)。它們的主要相似之處是我們還不知道它們是什么!