暗能量（驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的一種能量）
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暗能量
驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的一種能量
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(lèi)無(wú)法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)。
基本信息
| 中文名 | 暗能量 |
| 外文名 | Dark Energy |
| 占宇宙質(zhì)量 | 68.3% |
| 類(lèi)屬 | 宇宙學(xué) |
| 模型 | 宇宙學(xué)常數(shù)和標(biāo)量場(chǎng) |
可能會(huì)吞食
人類(lèi)到目前為止對(duì)宇宙的研究表明：27%的宇宙是由暗物質(zhì)組成的，暗物質(zhì)就像膠水一樣把所有物質(zhì)連接在一起。新的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一部分暗物質(zhì)正在消失，而導(dǎo)致他們消失的原因則是暗能量。暗能量很有可能在消耗著暗物質(zhì)，如果這一推論正確那這種現(xiàn)象將對(duì)宇宙的未來(lái)產(chǎn)生重大的影響。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在了物理學(xué)評(píng)論快報(bào)上。
暗能量和暗物質(zhì)并不會(huì)吸收、反射或者輻射光，所以人類(lèi)無(wú)法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)。于是研究測(cè)試它們的性質(zhì)變得十分困難。天文學(xué)家們一直以來(lái)通過(guò)觀測(cè)一些宇宙結(jié)構(gòu)和物質(zhì)受引力的影響以及能夠探測(cè)到的輻射來(lái)研究這一概念。
這項(xiàng)研究是基于宇宙時(shí)空的基本性質(zhì)。在宇宙層面上來(lái)看還能揭示它的命運(yùn)。如果暗能量真的持續(xù)吞噬暗物質(zhì)的話，那我們的宇宙最后就會(huì)成為一個(gè)近乎絕對(duì)的虛無(wú)。暗物質(zhì)在宇宙中的作用就相當(dāng)于一個(gè)框架，如果不是因?yàn)榘滴镔|(zhì)我們所見(jiàn)到的星系們就不會(huì)在今天的位置。目前的研究表明暗物質(zhì)很可能在被消耗，我們宇宙框架的成長(zhǎng)隨之變慢。
約二十年前，一項(xiàng)研究表明我們的宇宙正在膨脹，而膨脹的速率不是恒定或減慢，而是在加速。這項(xiàng)研究在2011年被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。學(xué)者們認(rèn)為暗能量的密度可能是一種宇宙常量，而真空則提供了宇宙膨脹的動(dòng)力。
通過(guò)研究許多不同的資料，研究小組比較了宇宙的膨脹規(guī)律。他們認(rèn)為暗能量吞噬暗物質(zhì)可以作為宇宙加速膨脹的解釋。而傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)這一現(xiàn)象并不能給出合理完整的解析。
當(dāng)然并不是所有學(xué)者都對(duì)這一猜想買(mǎi)賬。自從二十世紀(jì)九十年代天文學(xué)家們達(dá)成了某種現(xiàn)象或者物質(zhì)正在導(dǎo)致宇宙加速膨脹以來(lái)學(xué)術(shù)界對(duì)這個(gè)問(wèn)題就一直爭(zhēng)論不休。而人類(lèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)并不足以讓任何假設(shè)得到充分的證實(shí)。雖然這次學(xué)術(shù)界提出的猜想很可能正確并正在成為天文學(xué)界進(jìn)一步研究的方向，但是顯然對(duì)于宇宙真相的認(rèn)知我們?nèi)祟?lèi)還差之甚遠(yuǎn)。
猜想
宇宙學(xué)中，暗能量 是某些人的猜想，指一種充溢空間的、具有負(fù)壓強(qiáng)的能量。按照相對(duì)論，這種負(fù)壓強(qiáng)在長(zhǎng)距離類(lèi)似于一種反引力。這個(gè)猜想是解釋宇宙加速膨脹和宇宙中失落物質(zhì)等問(wèn)題的一個(gè)最流行的方案。天文學(xué)家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙中的其它星系似乎都在向著距離人們生活的銀河系越來(lái)越遠(yuǎn)的方向移動(dòng)。而且它們移動(dòng)的越遠(yuǎn)，運(yùn)行的速度就越快。但是，天體物理學(xué)家此前曾經(jīng)指出，引力會(huì)使得宇宙的膨脹速度逐漸減緩。之后在1998年，兩個(gè)研究小組通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，Ia型超新星—種罕見(jiàn)的恒星爆炸能夠釋放出數(shù)量巨大的，持久的光——顛覆了天體物理學(xué)家提出的理論。
通過(guò)仔細(xì)測(cè)量來(lái)自這些活動(dòng)的光的紅移現(xiàn)象（光波向著可見(jiàn)光譜中紅色的一端變化）——類(lèi)似于當(dāng)火車(chē)汽笛聲離你越來(lái)越遠(yuǎn)時(shí)，聲調(diào)也會(huì)越來(lái)越低的“多普勒效應(yīng)”。“真空”（有科學(xué)家認(rèn)為“真空”不空）空間本身似乎也在作為一種能夠?qū)⑽镔|(zhì)分離開(kāi)來(lái)的力量起作用。
在物理宇宙學(xué)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(jué)的能量形式。暗能量假說(shuō)是當(dāng)今對(duì)宇宙加速膨脹的觀測(cè)結(jié)果的解釋中最為流行的一種。在宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型中，暗能量占據(jù)宇宙約68.3%的質(zhì)能。
模型
暗能量現(xiàn)有兩種模型：宇宙學(xué)常數(shù)（即一種均勻充滿空間的常能量密度）和標(biāo)量場(chǎng)（即一個(gè)能量密度隨時(shí)空變化的動(dòng)力學(xué)場(chǎng)，如第五元素和模空間）。對(duì)宇宙有恒定影響的標(biāo)量場(chǎng)常被包含在宇宙常數(shù)中。宇宙常數(shù)在物理上等價(jià)于真空能量。在空間上變化的標(biāo)量場(chǎng)很難從宇宙常數(shù)中分離出來(lái)，因?yàn)樽兓徛恕?/span>
特點(diǎn)
暗能量與光會(huì)發(fā)生中和作用，作用域?yàn)橥?jí)暗能量的分布范圍。當(dāng)暗能量與光反應(yīng)時(shí)，會(huì)對(duì)作用域的時(shí)間產(chǎn)生影響，絕對(duì)速度v0>c，此時(shí)作用域的能量E產(chǎn)生躍遷，根據(jù)E=mc2，作用域內(nèi)的物質(zhì)質(zhì)量會(huì)有減少。由于宇宙空間不斷發(fā)生的中和反應(yīng)，作用域內(nèi)的物質(zhì)質(zhì)量不斷減小致使物質(zhì)的引力減小，出現(xiàn)宇宙膨脹。
對(duì)宇宙膨脹的高精度測(cè)量可以使我們對(duì)膨脹速度隨時(shí)間變化有更深入的理解。在廣義相對(duì)論中，膨脹速度的變化受宇宙狀態(tài)方程式的影響。確定暗物質(zhì)的狀態(tài)方程式是當(dāng)今觀測(cè)宇宙學(xué)的最主要問(wèn)題之一。
加入宇宙學(xué)常數(shù)后，宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)羅伯遜-沃爾克度規(guī)可以導(dǎo)出Λ-冷暗物質(zhì)模型，后者因與觀測(cè)結(jié)果的精確吻合而被稱為宇宙“標(biāo)準(zhǔn)模型”。暗物質(zhì)被認(rèn)為是當(dāng)今形式化宇宙循環(huán)模型的至關(guān)重要的一個(gè)因素。
暗能量這個(gè)名詞是由邁克·透納引進(jìn)的。
起源
關(guān)于暗能量概念的起源，還得追溯到科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦他在1917年由他在兩年前提出的廣義相對(duì)論導(dǎo)出的一組引力方程式，方程式的結(jié)果都預(yù)示著宇宙是在做永恒的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)結(jié)果與愛(ài)因斯坦的宇宙是靜止的觀點(diǎn)相違背，為了使這個(gè)結(jié)果能預(yù)示宇宙是呈靜止?fàn)顟B(tài)愛(ài)因斯坦又給方程式引入了一個(gè)項(xiàng)，這個(gè)項(xiàng)稱之為的“宇宙常數(shù)”。
暗能量
在新世紀(jì)之初美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)發(fā)布一份題為《建立夸克與宇宙的聯(lián)系：新世紀(jì)11大科學(xué)問(wèn)題》的研究報(bào)告，科學(xué)家們?cè)趫?bào)告中認(rèn)為，暗物質(zhì)和暗能量應(yīng)該是未來(lái)幾十年天文學(xué)研究的重中之重，“暗物質(zhì)”的本質(zhì)問(wèn)題和“暗能量”的性質(zhì)問(wèn)題在報(bào)告所列出的11個(gè)大問(wèn)題中分列為第一、第二位。
美國(guó)航天局在軌道中運(yùn)行的威爾金森微波儀探測(cè)衛(wèi)星收集到的材料也證明超新星在發(fā)生同樣的變化。這些變化的含義的確令科學(xué)家忐忑不安，因?yàn)檫@將預(yù)示著愛(ài)因斯坦、霍金等理論家可能都錯(cuò)了，影響并決定整個(gè)宇宙的力量不是引力和重力等已知作用力，而是以“宇宙常量”形式存在的“暗能量”和“暗物質(zhì)”。所以有人認(rèn)為，暗能量在宇宙中更像是一種背景和一種“超導(dǎo)體”，它就像是空氣相對(duì)于人類(lèi)或者是大海相對(duì)于魚(yú)兒一樣，故爾在宇宙物理學(xué)上它的確表現(xiàn)得更像一個(gè)真空，因此也有人把“暗能量”稱之為“真空能”。真空是不是就是“暗能量”？“暗能量”是不是就是“真空能”呢？如果真空真是“暗能量”那么就應(yīng)該具備一切能量的基本屬性和基本特征—力量。可見(jiàn)真空是否具備力的特征和力的屬性也就成為“暗能量”成為真空的前提條件。
暗能量
另一方面，不與輻射耦合的暗物質(zhì)，其微小的漲落在普通物質(zhì)脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質(zhì)脫耦之后，已經(jīng)成團(tuán)的暗物質(zhì)就開(kāi)始吸引普通物質(zhì)。因此這需要一個(gè)初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。這里需要的物質(zhì)就是冷暗物質(zhì)，由于它是無(wú)熱運(yùn)動(dòng)的非相對(duì)論性粒子因此得名。在開(kāi)始闡述這一模型的有效性之前，必須先交待一下其中最后一件重要的事情。對(duì)于先前提到的小擾動(dòng)（漲落），為了預(yù)言其在不同波長(zhǎng)上的引力效應(yīng)，小擾動(dòng)譜必須具有特殊的形態(tài)。為此，最初的密度漲落應(yīng)該是標(biāo)度無(wú)關(guān)的。也就是說(shuō)，如果把能量分布分解成一系列不同波長(zhǎng)的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都應(yīng)該是相同的。暴漲理論的成功之處就在于它提供了很好的動(dòng)力學(xué)出發(fā)機(jī)制來(lái)形成這樣一個(gè)標(biāo)度無(wú)關(guān)的小擾動(dòng)譜（其譜指數(shù)n=1）。WMAP的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一預(yù)言，其觀測(cè)到的結(jié)果為n=0.99±0.04。
但是如果人們不了解暗物質(zhì)的性質(zhì)，就不能說(shuō)已經(jīng)了解了宇宙。現(xiàn)已經(jīng)知道了兩種暗物質(zhì)—中微子和黑洞（不過(guò)其未被證實(shí)）。但是它們對(duì)暗物質(zhì)總量的貢獻(xiàn)是非常微小的，暗物質(zhì)中的絕大部分至今仍未還不清楚。
形成
基本特征
宇宙暗能量其基本特征是具有負(fù)壓，在宇宙空間中幾乎均勻分布或完全不結(jié)團(tuán)。在WMAP數(shù)據(jù)顯示，暗能量在宇宙中占總物質(zhì)的不到70%。值得注意的是，對(duì)于通常的能量（輻射）、重子和冷暗物質(zhì)，壓強(qiáng)都是非負(fù)的，所以必定存在著一種未知的負(fù)壓物質(zhì)主導(dǎo)今天的宇宙。
暗能量
要提及暗能量，不得不先提及另外一個(gè)和它密切相關(guān)的概念—暗物質(zhì)，之所以將其稱之為暗物質(zhì)而不是物質(zhì)就是因?yàn)樗c一般的普通物質(zhì)有著根本性的區(qū)別。普通物質(zhì)就是那些在一般情況下能用眼睛或借助工具看的見(jiàn)、摸得著的東西，小到原子、大到宇宙星體，近到身邊的各種物體遠(yuǎn)到宇宙深處的各種星系。普通物質(zhì)總是能與光或者部分波發(fā)生相互作用或者在一定的條件下自身就能發(fā)光、或者折射光線，從而被人們可以感知、看見(jiàn)、摸到或者借助儀器可以測(cè)量得到，但是暗物質(zhì)恰恰相反，它根本不與光發(fā)生作用更不會(huì)發(fā)光，因?yàn)椴话l(fā)光又與光不發(fā)生任何作用，所以不會(huì)反射、折散或散射光即對(duì)各種波和光它們都是百分之百的透明體！所以在天文上用光的手段絕對(duì)看不到暗物質(zhì)，不管是電磁波、無(wú)線電還是紅外射線、伽馬射線、X射線這些統(tǒng)統(tǒng)都毫無(wú)用處，故爾不被人們的感知所感覺(jué)也不被儀器所觀測(cè)，故此為了區(qū)分普通物質(zhì)和這種特殊的物質(zhì)而將這種特殊的物質(zhì)稱之為“暗物質(zhì)”。
“暗能量”相比較暗物質(zhì)更是奇特的有過(guò)之而無(wú)不及，因?yàn)樗挥形镔|(zhì)的作用效應(yīng)而不具備物質(zhì)的基本特征，所以都稱不上物質(zhì)故爾將其稱之為“暗能量”，“暗能量”雖然也不被人們所感覺(jué)也不被現(xiàn)時(shí)各種儀器所觀測(cè)，但是人們憑借理性思維可以預(yù)測(cè)并感知到它的確存在。由于微波背景輻射的細(xì)致觀測(cè)(WMAP的精密數(shù)據(jù)，SupernovaeIa的數(shù)據(jù))，呈現(xiàn)以下一些驚人的觀測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)：
b)哈勃常數(shù)是71±4公里/秒/Mpc
c)宇宙呈現(xiàn)以下結(jié)構(gòu)，宇宙總質(zhì)量(100%)≌重子+輕子(4.4%)+熱暗物質(zhì)(≤2%)+冷暗物質(zhì)(≈20%)+暗能量(不到70%)，而總密度Ω0=1.02±0.02，亦即恰好差不多等同于平直空間所要求的臨界密度。（這個(gè)公式的意思是，在整個(gè)宇宙中我們所看到的星系只占整個(gè)宇宙的約4%左右，其余約96%的物質(zhì)都是我們看不見(jiàn)、不了解的東西。）
d)“暗能量”將呈現(xiàn)一些前所未有的一些全新的性質(zhì)：物質(zhì)的狀態(tài)方程由P=Wρn所表示，(其中P是壓力，ρ是密度，W是某一常數(shù)，n是某一數(shù)值)，普通物質(zhì)W≥0，P≥0，ρ≥0，這就意味著物質(zhì)所產(chǎn)生的壓力表現(xiàn)為正數(shù)、正值。
發(fā)現(xiàn)過(guò)程
暗能量的發(fā)現(xiàn)過(guò)程極富戲劇性。按照宇宙大爆炸理論，在大爆炸發(fā)生之后，隨著時(shí)間的推移，宇宙的膨脹速度將因?yàn)槲镔|(zhì)之間的引力作用而逐漸減慢，就像緩慢踩了剎車(chē)的汽車(chē)一樣。也就是說(shuō)，距離地球相對(duì)遙遠(yuǎn)的星系，其膨脹速度應(yīng)該比那些近的星系慢一些。
但1998年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校（UCBerkeley）物理學(xué)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）高級(jí)科學(xué)家索爾皮爾姆特（SaulPerlmutter），以及澳大利亞國(guó)立大學(xué)布賴恩施密特（BrianSchmidt）分別領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)小組，通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，那些遙遠(yuǎn)的星系正在以越來(lái)越快的速度遠(yuǎn)離我們。換句話說(shuō)，宇宙是在加速膨脹，仿佛一輛不斷踩油門(mén)的汽車(chē)，而不是像此前科學(xué)家所預(yù)測(cè)的那樣處于減速膨脹狀態(tài)。
這樣一個(gè)完全出乎意料的觀測(cè)結(jié)果，從根本上動(dòng)搖了對(duì)宇宙的傳統(tǒng)理解。那么到底是什么樣的力量，在促使所有的星系或者其他物質(zhì)加速遠(yuǎn)離呢？科學(xué)家們將這種與引力相反的斥力來(lái)源，稱為“暗能量”。但“暗能量”到底意味著什么？至今我們能夠給出的，只是一個(gè)十分粗略的宇宙結(jié)構(gòu)“金字塔圖景”：所熟悉的世界，即由普通的原子構(gòu)成的一草一木、山河星月，僅占整個(gè)宇宙的4%，相當(dāng)于金字塔頂?shù)哪且粔K。
下面的22%，則為暗物質(zhì)。這種物質(zhì)由仍然未知的粒子構(gòu)成，它們不參與電磁作用，無(wú)法用肉眼看到。但其和普通物質(zhì)一樣，參與引力作用，因此仍可能探測(cè)到。作為塔基的74%，則由最為神秘的暗能量構(gòu)成。它無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不在，由于我們對(duì)其性質(zhì)知之甚少，所以科學(xué)家還不清楚如何在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證其存在。惟一的手段，仍然是通過(guò)天文觀測(cè)這種間接手段來(lái)了解其奧秘。
對(duì)Ia類(lèi)型超新星（supernova）的爆發(fā)進(jìn)行觀測(cè)，則是目前最主要觀測(cè)手段。這種超新星是由雙星系統(tǒng)中的白矮星（whitedwarf）爆炸形成的，亮度幾乎恒定。這樣，通過(guò)測(cè)量其亮度，就可以知道其和地球之間的距離，進(jìn)而了解其速度。
在大爆炸后的初期，宇宙經(jīng)歷了一個(gè)急速膨脹階段。此后，由于暗物質(zhì)以及物質(zhì)之間的距離非常接近，在引力作用下，宇宙的膨脹速度開(kāi)始減速。
然而，至少在90億年前，宇宙中另外一種力量——表現(xiàn)為排斥力的發(fā)生的量的暗能量已經(jīng)出現(xiàn)，并且開(kāi)始逐步抵消引力作用。
隨著宇宙的膨脹，不斷增長(zhǎng)的暗能量終于在大約50億至60億年前超越引力。此后，宇宙從減速膨脹，轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀倥蛎洜顟B(tài)，并且一直持續(xù)至今。
模型
中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員李淼曾經(jīng)半開(kāi)玩笑地表示：“有多少暗能量專家，就有多少暗能量模型。”也許這種說(shuō)法不無(wú)夸張之處，但暗能量在理論方面的混沌狀況，從中也可見(jiàn)一斑。
暗能量
但暗能量的存在，則為宇宙常數(shù)提供了新的可能性。如果暗能量就是這個(gè)宇宙常數(shù)的話，那么它的力量強(qiáng)弱將只和宇宙的大小有關(guān)。隨著宇宙的膨脹，其體積逐漸增大，因而暗能量也將逐漸增大。最終，它會(huì)達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，使得宇宙從減速狀態(tài)變成加速狀態(tài)，并且一直加速下去。
中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員張新民在《財(cái)經(jīng)》指出，迄今為止的觀測(cè)結(jié)果，包括瑞斯最新的結(jié)果在內(nèi)，與愛(ài)因斯坦的宇宙常數(shù)理論“都很符合”。
但是，宇宙常數(shù)距離成為一種確定性的暗能量理論還差得很遠(yuǎn)。一些科學(xué)家半開(kāi)玩笑地說(shuō)，按照這種模型，宇宙將一成不變地加速膨脹下去，未免太“枯燥”（boring）了一些。當(dāng)然，最為致命的是，按照量子場(chǎng)論計(jì)算出來(lái)的宇宙常數(shù)，比天文觀測(cè)獲得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一個(gè)最為詭異但不乏科學(xué)依據(jù)的解釋，是“多宇宙論”。觀測(cè)和理論或許都沒(méi)有錯(cuò)，事實(shí)上，在我們生存的宇宙之外，還存在多到無(wú)法計(jì)數(shù)的其他的宇宙。科學(xué)家們可以想像到的宇宙數(shù)量不是以萬(wàn)或者億來(lái)計(jì)算的，很可能多到10的1000次方個(gè)。每個(gè)宇宙都有不同的宇宙常數(shù)，而我們恰恰生存在一個(gè)宇宙常數(shù)很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一個(gè)“上帝之手”，把一個(gè)適合智慧生命生存的宇宙呈現(xiàn)面前。
但對(duì)于這種寄希望多宇宙存在的“人擇原理”（anthropicprinciple），在天文學(xué)家和物理學(xué)家中間都存在很大的爭(zhēng)議。更為尖銳的批評(píng)，則認(rèn)為這種解釋與其說(shuō)是一種科學(xué)理論，倒不如說(shuō)更像一種宗教信仰。
為避免這種沖突，科學(xué)家們提出個(gè)各種暗能量理論，來(lái)代替宇宙常數(shù)模型。其中比較有代表性的包括精質(zhì)（quintessence）模型、幽靈（phantom）模型等，張新民和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)教授李淼也分別提出了精靈（quintom）和全息（holographic）模型。
動(dòng)態(tài)
作為宇宙學(xué)中的“黑暗區(qū)域”，人們對(duì)神秘的暗物質(zhì)和暗能量了解很少，來(lái)自巴斯克地區(qū)大學(xué)理論物理系研究人員森德拉認(rèn)為根據(jù)過(guò)去的觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)宇宙中大約有5%是由普通物質(zhì)組成，即我們看到的星系、恒星等，還有22%為暗物質(zhì)，我們知道暗物質(zhì)的存在是因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)引力影響普通的物質(zhì)，剩余的不到70%則是暗能量，這就是說(shuō)暗物質(zhì)和暗能量占據(jù)了宇宙中絕大部分的質(zhì)能，而暗能量則影響著宇宙加速膨脹的機(jī)制。
如果不存在暗能量，宇宙膨脹速度就會(huì)被物質(zhì)引力所減慢，而暗能量是通過(guò)何種方式導(dǎo)致宇宙加速膨脹還不得而知，對(duì)此，研究人員森德拉在她的博士論文中進(jìn)行了研究，其標(biāo)題為《加速膨脹中的宇宙學(xué)：觀察和現(xiàn)象學(xué)的研究》。本項(xiàng)研究始于暗能量可能是動(dòng)態(tài)ΛCDM模型假說(shuō)，這是目前最廣泛的大爆炸宇宙學(xué)模型，也被稱為Λ-冷暗物質(zhì)模型，其通過(guò)宇宙學(xué)常數(shù)來(lái)解釋宇宙加速膨脹。但是，有些觀測(cè)現(xiàn)象無(wú)法用這個(gè)模型來(lái)解釋，我們所尋找的動(dòng)態(tài)暗能量會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生變化。
研究人員森德拉利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)工具針對(duì)所提出的模型進(jìn)行了比較，通過(guò)多種版本的比對(duì)，認(rèn)為我們可以看到的暗能量狀態(tài)方程存在“-1”的分界線，如果對(duì)應(yīng)的狀態(tài)方程小于或大于-1，那么宇宙就不會(huì)是這個(gè)樣子，但是其中仍然存在較高比例的誤差。根據(jù)森德拉的計(jì)算，這些數(shù)據(jù)都符合動(dòng)態(tài)的暗能量，而具體的結(jié)果尚未發(fā)布。本項(xiàng)研究中，森德拉和2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主合作提出了一種新的研究暗能量狀態(tài)方程的模型，其目標(biāo)是統(tǒng)一暗能量和暗物質(zhì)。
存在證據(jù)
日本理化研究所發(fā)布新聞公報(bào)說(shuō)，日本理化研究所的稻田直久和美國(guó)斯坦福大學(xué)的大栗真宗共同領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，觀測(cè)了宇宙空間中約2.3萬(wàn)個(gè)類(lèi)星體，以求找到受“引力透鏡效應(yīng)”影響的類(lèi)星體。
所謂“引力透鏡效應(yīng)”，就是當(dāng)光波、電波等在星系、星系團(tuán)、黑洞等具有巨大引力的天體附近通過(guò)時(shí)，這些波會(huì)像通過(guò)凸透鏡一樣發(fā)生彎曲，最終在地球觀測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)兩個(gè)以上的“虛像”。
埃布爾星系團(tuán)
美國(guó)太空網(wǎng)研究表明，神秘的暗能量幾乎確定的存在，盡管有些天文學(xué)家仍可能存在質(zhì)疑。暗能量被認(rèn)為是加速宇宙膨脹的物質(zhì)。再經(jīng)過(guò)兩年的研究后，一支國(guó)際科研小組總結(jié)稱，暗能量存在的可能性達(dá)到99.996%。但科學(xué)家對(duì)暗能量究竟是什么，仍知之甚少。
“暗能量是當(dāng)代最大的科研謎題之一，所以很多科研學(xué)者質(zhì)疑它的存在，這不足為奇。”英國(guó)樸茨茅斯大學(xué)的鮑勃·尼科爾這樣說(shuō)道。“但我們最新的研究讓我們更加確信這種外來(lái)的宇宙重要組成部分真實(shí)存在——即使目前我們還不知道它是由什么組成的。”
宇宙未來(lái)
如果這些替代的暗能量理論能夠成立，它們所指向的將是截然不同的宇宙未來(lái)：
根據(jù)精質(zhì)等動(dòng)力學(xué)標(biāo)量場(chǎng)（scalarfield）模型，宇宙的未來(lái)將復(fù)雜得多；也許將繼續(xù)加速膨脹下去，也許會(huì)減緩膨脹的速度，甚至走向收縮，導(dǎo)致宇宙最終以與大爆炸相反的“大坍縮”（bigcrunch）收?qǐng)觥?/span>
精靈模型則給出了一個(gè)“振蕩的未來(lái)”。張新民對(duì)《財(cái)經(jīng)》表示，根據(jù)他提出的這一理論，整個(gè)宇宙將在加速膨脹和減速膨脹之間反復(fù)演繹，“大坍縮”和“大撕裂”這兩種極端的情況都不會(huì)出現(xiàn)。
最大的困難，在于迄今為止，能夠研究暗能量的手段仍然十分有限。最主流的仍然是借助超新星的觀測(cè)。但有些人擔(dān)心，特別是在宇宙早期，可能超新星的亮度也不是恒定的，它也有自己的演化過(guò)程。
即使這種擔(dān)心可以排除，鑒于這些超新星距離地球非常非常遙遠(yuǎn)，觀測(cè)它們的難度，在瑞斯看來(lái)就像在兩個(gè)月球的距離之外觀測(cè)一個(gè)60瓦的燈泡。即使哈勃望遠(yuǎn)鏡具有非常高的敏感度，也存在難以消除的系統(tǒng)誤差。
通過(guò)對(duì)大尺度宇宙結(jié)構(gòu)（比如星系團(tuán)等）的研究，或許能為暗能量提供新的線索。一旦暗能量存在的話，星系團(tuán)的形成過(guò)程可能要更慢一些，因?yàn)橐π枰瓤朔@種斥力。
一個(gè)空間探測(cè)計(jì)劃斯隆數(shù)字巡天（SDSS）已經(jīng)完成了第一階段為期五年的運(yùn)行，一旦全部完成之后，這一足以覆蓋四分之一的天空的精細(xì)光學(xué)成像設(shè)備，無(wú)疑將披露更多的細(xì)節(jié)。
中國(guó)科學(xué)家也正在試圖利用北京附近新上馬的LAMOST（大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡）來(lái)觀測(cè)超新星，從而探索在中國(guó)首次進(jìn)行暗能量實(shí)驗(yàn)研究的可能性。而利用伽馬暴（超大質(zhì)量星體爆發(fā)而形成的宇宙高能輻射），也許將為進(jìn)一步研究更早期的暗能量提供間接手段。
北京師范大學(xué)天文系教授朱宗宏在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)指出，對(duì)于伽馬暴天文學(xué)的探索還處在初級(jí)階段，有點(diǎn)類(lèi)似于1998年暗能量剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)的超新星天文學(xué)，但其某些性質(zhì)，從長(zhǎng)期來(lái)看仍然有可能用來(lái)研究暗能量。
那么，是否有可能利用實(shí)驗(yàn)室來(lái)直接研究暗能量呢？一些人已經(jīng)宣稱，可以利用納米技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。瑞斯在接受《財(cái)經(jīng)》采訪時(shí)表示，一些科學(xué)家也希望利用短距離（short-range）的引力實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)暗能量的線索。
美國(guó)加州理工學(xué)院（CIT）的物理學(xué)家西恩卡羅爾（SeanCarroll）也對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者強(qiáng)調(diào)，要找到一個(gè)更具確定性的模型，不僅需要天文學(xué)上的數(shù)據(jù)，可能更需要來(lái)自粒子物理學(xué)的證據(jù)。尤其是2007年即將在歐洲投入運(yùn)行的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），或許“我們可以期待”。
由于對(duì)暗能量的性質(zhì)、包括與其他物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理還不清楚，很多科學(xué)家認(rèn)為，短期之內(nèi)還無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的工作寄予太大希望；更為現(xiàn)實(shí)的渠道，或許仍來(lái)自天文觀測(cè)。
如果不出意外，普朗克（PLANCK）探測(cè)器將于2007年一季度正式升空，它將對(duì)天空進(jìn)行更加精密的探測(cè)。在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)，皮爾姆特也表示，由它所在的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的超新星加速探測(cè)器（SNAP），按照計(jì)劃將于2013年或者2014年升空。
“在未來(lái)五到十年中，我們對(duì)于暗能量的性質(zhì)或許將有更加清晰的了解。”英國(guó)諾丁漢大學(xué)物理與天文學(xué)院教授克里斯托弗康瑟利斯（ChristopherConselice）對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者說(shuō)。
幾乎沒(méi)有人否認(rèn)，暗能量對(duì)于整個(gè)宇宙學(xué)乃至物理學(xué)而言，都是一場(chǎng)革命。1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主斯蒂芬溫伯格（StevenWeinberg）曾明確表示，“如果不解決暗能量這個(gè)‘路障’，我們就無(wú)法全面理解基礎(chǔ)物理學(xué)。”著名華裔物理學(xué)家、1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主李政道也斷言，暗能量將是21世紀(jì)物理學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)。
但是，何時(shí)是這個(gè)“絕對(duì)配得上諾貝爾獎(jiǎng)”的問(wèn)題的終點(diǎn)，這還是一個(gè)巨大的問(wèn)號(hào)。正如卡羅爾在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)所言，“目前還沒(méi)有任何理論，配得上這一獎(jiǎng)賞。”
瑞斯也對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者強(qiáng)調(diào)，理論工作非常困難。在這樣一個(gè)十分前沿的領(lǐng)域，何時(shí)能取得突破，的確難以預(yù)測(cè)。
在康瑟利斯看來(lái)，一旦暗能量得以真正證實(shí)，1998年兩個(gè)超新星觀測(cè)小組的負(fù)責(zé)人皮爾姆特、施密特，以及其他從事宇宙背景微波輻射研究工作的，都是比較有可能的候選人。也就在2006年6月，皮爾姆特、施密特和瑞斯三人，因在這個(gè)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，共同分享了該年度的“邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng)”。
大撕裂理論
科學(xué)家稱167億年后地球?qū)⒈弧鞍的芰俊彼毫选?/span>
據(jù)英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道，如果神秘暗能量撕碎宇宙，科學(xué)家最新提供的一份世界末日時(shí)間表能預(yù)測(cè)顯示宇宙將發(fā)生怎樣的變化：地球?qū)奶?yáng)系剝離，最終發(fā)生宇宙爆炸。
暗能量被認(rèn)為占據(jù)宇宙70%成份，物理學(xué)家探索一種叫做“宇宙大撕裂”的理論，該理論認(rèn)為暗能量最終將摧毀宇宙。
隨后5天地球?qū)?huì)被太陽(yáng)撕裂
這個(gè)黑暗世界末日預(yù)測(cè)是依據(jù)中國(guó)理論物理學(xué)家探索的一種潛在“暗能量”理論提出的，該理論指出神秘的暗能量遍及宇宙各個(gè)區(qū)域。學(xué)術(shù)研究將計(jì)算推測(cè)“未來(lái)”的一種可能性，由暗能量引發(fā)的世界末日。
“宇宙大撕裂”理論認(rèn)為，暗能量將摧毀宇宙每個(gè)區(qū)域，在宇宙終結(jié)之前的3290萬(wàn)年前銀河系將產(chǎn)生引力崩潰。令人感到欣慰的消息是，世界末日在遙遠(yuǎn)的167億年之后才會(huì)出現(xiàn)，人們不必為此擔(dān)憂。
暗能量被認(rèn)為占據(jù)當(dāng)前宇宙70%成份，這項(xiàng)最新研究預(yù)測(cè)了未來(lái)銀河系將遭遇的終結(jié)命運(yùn)。在“宇宙大撕裂”理論中，如果暗能量的壓力和密度比值低于-1，它們將在有限時(shí)間內(nèi)無(wú)限地?cái)U(kuò)張?jiān)鲩L(zhǎng)，同時(shí)暗能量可以排斥
世界末日兩個(gè)月前地球?qū)?huì)將月球撕裂
來(lái)自中國(guó)科技大學(xué)、中科院理論物理研究所、西北大學(xué)和北京大學(xué)的科學(xué)家共同探討了“宇宙大撕裂”理論將出現(xiàn)的最壞結(jié)果，他們指出，我們希望從當(dāng)前數(shù)據(jù)中推斷出未來(lái)宇宙所遭遇的最壞結(jié)果，在最糟糕的情況下，在167億年之后宇宙時(shí)間將終結(jié)于一次暗能量的“宇宙大撕裂”。
暗能量的可能候選
光壓極為可能就是暗能量。由馬克士威的光壓方程式p=KT^4/c以及盎魯效應(yīng)(Unruh effect)T=ah'/2pi*k*c，我們可以得到光壓p與加速度a的四次方成正比，這意味著光壓會(huì)造成我們的四維宇宙時(shí)空加速度膨脹。光子由星系中心被發(fā)射出來(lái)可一直到達(dá)宇宙邊緣，透過(guò)光壓的作用使宇宙膨脹，因此有些科學(xué)家認(rèn)為光壓為暗能量的可能候選者。
大坍縮理論
2003年2月9日據(jù)英國(guó)《每日電訊報(bào)》報(bào)道，美國(guó)航空航天局（NASA）本周將宣布一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，證實(shí)宇宙中“暗能量”的確存在。這種暗能將會(huì)抵消宇宙星系重力的作用，使宇宙一直不斷膨脹下去，永遠(yuǎn)也不會(huì)發(fā)生如劍橋大學(xué)物理學(xué)家斯蒂芬·霍金教授所預(yù)言的那種“宇宙大坍縮”現(xiàn)象。NASA的這項(xiàng)聲明將會(huì)徹底推翻在科學(xué)界爭(zhēng)論了幾十年的“宇宙大坍縮”理論，從而引發(fā)宇宙學(xué)上的革命。宇宙不會(huì)發(fā)生“大坍縮”。
據(jù)報(bào)道，在過(guò)去一百年里，從阿爾伯特·愛(ài)因斯坦到斯蒂芬·霍金的大多數(shù)科學(xué)家們，一直都認(rèn)為宇宙最后將停止膨脹，并由于星系重心吸引力作用向內(nèi)部坍縮，使所有星系越聚越緊，最后形成一個(gè)緊密的物質(zhì)團(tuán)，從而摧毀宇宙中所有的生命。然而NASA最近的研究指出，科學(xué)家以前的這種理論是錯(cuò)誤的。
由于離我們遠(yuǎn)去的物體所發(fā)出的光波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)，而在光譜中，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光偏向紅色。通過(guò)太空望遠(yuǎn)鏡探索太空，科學(xué)家可以測(cè)量出星系光譜的紅移量，NASA科學(xué)家們通過(guò)測(cè)算，發(fā)現(xiàn)宇宙中的星系正在以加速度遠(yuǎn)離我們而去，也就是說(shuō)宇宙的確在加速膨脹。NASA的科學(xué)家認(rèn)為，只有一種現(xiàn)象才能解釋這種“加速”膨脹現(xiàn)象，那就是宇宙中確實(shí)存在著一種“暗能”，正是暗能引起了宇宙的這種加速膨脹現(xiàn)象。據(jù)此，NASA科學(xué)家認(rèn)為宇宙膨脹的速度將越來(lái)越快，根本不可能發(fā)生如霍金等科學(xué)家所預(yù)言的宇宙膨脹到極限后發(fā)生的“大坍縮”現(xiàn)象。NASA新發(fā)現(xiàn)將改變?nèi)祟?lèi)宇宙觀劍橋大學(xué)天體物理學(xué)家安東尼·拉森比教授對(duì)《每日電訊報(bào)》記者稱，NASA的聲明將改變?nèi)祟?lèi)的宇宙觀。“這將是一個(gè)跨時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。”而另一名科學(xué)家對(duì)記者解釋道∶“這就像向空中扔出一個(gè)球，如果地球引力是惟一的作用力，這只球最后將減緩速度，并開(kāi)始落向地面。可是現(xiàn)在我們從宇宙看到的卻是這只球不但沒(méi)有減緩速度下落，反而以加速度逃離我們而去。”他認(rèn)為NASA的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)或許將成為人類(lèi)宇宙學(xué)史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。愛(ài)因斯坦“最大的錯(cuò)誤”原來(lái)正確宇宙的命運(yùn)曾經(jīng)困擾過(guò)人類(lèi)歷史上最偉大的科學(xué)頭腦。1917年，為了使自己的廣義相對(duì)論的等式成立，愛(ài)因斯坦曾設(shè)想宇宙中有一種未知的能量存在，他將其稱之為“宇宙常數(shù)”，愛(ài)因斯坦認(rèn)為這種名叫“宇宙常數(shù)”的能量能抵消星系引力的作用，使宇宙保持一個(gè)不變的大小。然而，當(dāng)后來(lái)天文學(xué)家通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)宇宙正在不斷向外膨脹的天文學(xué)證據(jù)后，愛(ài)因斯坦不得不放棄了他的觀點(diǎn)，認(rèn)為“宇宙常數(shù)”是他科學(xué)觀點(diǎn)中一個(gè)最大的錯(cuò)誤。不過(guò)，NASA的新發(fā)現(xiàn)將顯示，愛(ài)因斯坦提出的“宇宙常數(shù)”觀點(diǎn)完全正確，盡管愛(ài)因斯坦認(rèn)為“宇宙常數(shù)”存在的理由是錯(cuò)誤的。
在1998年創(chuàng)下全球天文數(shù)字銷(xiāo)售量的科學(xué)書(shū)籍《時(shí)間簡(jiǎn)史》中，劍橋大學(xué)物理學(xué)家斯蒂芬·霍金斷定宇宙最終將結(jié)束膨脹，并向內(nèi)部坍塌毀滅。霍金教授的觀點(diǎn)早在1997年就遭到不少科學(xué)家的挑戰(zhàn)和質(zhì)疑。NASA的研究數(shù)據(jù)將徹底結(jié)束人類(lèi)宇宙史上這個(gè)最具懸疑的大爭(zhēng)論。
霍金教授在接受記者采訪時(shí)，對(duì)NASA的發(fā)現(xiàn)他并不感到氣餒，他稱自己仍將繼續(xù)堅(jiān)持自己的理論，并認(rèn)為他的理論和NASA的發(fā)現(xiàn)完全可以兼容。地球和人類(lèi)照樣會(huì)毀滅，盡管NASA的發(fā)現(xiàn)意味著宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去，不過(guò)對(duì)于人類(lèi)的命運(yùn)來(lái)說(shuō)，宇宙永遠(yuǎn)膨脹和膨脹之后“大坍縮”的結(jié)果都是一樣的。因?yàn)楫?dāng)宇宙膨脹到一定時(shí)間后，宇宙中所有普通物質(zhì)如恒星和行星的能量，包括太陽(yáng)都將被消耗殆盡。在數(shù)萬(wàn)億年后，宇宙中將到處充滿巨大的黑洞，黑洞碰撞后將不斷引發(fā)宇宙間的大爆炸，到那時(shí)，宇宙中將空無(wú)一物，只有無(wú)所不在的“暗能量”。
研究意義
暗能量
爭(zhēng)論
通過(guò)對(duì)遙遠(yuǎn)星系團(tuán)發(fā)出的X射線進(jìn)行觀測(cè)和分析，歐洲航天局科學(xué)家得出了與暗能量理論不符的結(jié)果。不過(guò)專家指出，新結(jié)果是否意味著人們一直探討的宇宙暗能量“或許并不存在”，仍需更多的觀測(cè)研究來(lái)證明。
愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論做出過(guò)暗能量的假設(shè)。據(jù)推測(cè)，不可見(jiàn)的暗能量可能占據(jù)了宇宙質(zhì)量的大部分，能夠產(chǎn)生與引力相反的排斥力，這也許可以解釋為什么宇宙會(huì)出現(xiàn)加速膨脹現(xiàn)象。
關(guān)于暗能量理論，一些科學(xué)家認(rèn)為，要驗(yàn)證暗能量是否存在，辦法之一是比較各星系團(tuán)中熾熱氣體的比例。
星系團(tuán)由成百上千個(gè)星系組合而成，其半徑達(dá)數(shù)百萬(wàn)光年。星系團(tuán)的特點(diǎn)之一是其中有大量熾熱氣體，溫度在1000萬(wàn)到1億攝氏度之間。歐洲航天局的XMM牛頓天文望遠(yuǎn)鏡捕捉到了古老的遙遠(yuǎn)星系團(tuán)發(fā)出的X射線。科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行分析后得出了這些古老星系團(tuán)中熾熱氣體所占的比例。他們將這些數(shù)據(jù)與距地球最近也就是最年輕的星系團(tuán)中熾熱氣體所占比例進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者沒(méi)有差別。
科學(xué)家認(rèn)為，只有假設(shè)宇宙中沒(méi)有暗能量才能解釋這一現(xiàn)象。
確認(rèn)存在
天文學(xué)家確認(rèn)暗能量存在，證實(shí)宇宙加速膨脹
綠色網(wǎng)格線代表引力紫色網(wǎng)格代表暗能量
此次運(yùn)用的兩種天文測(cè)量方法中，一種手段是對(duì)宇宙中星系的分布狀況進(jìn)行考察，找出其中的模式。這種模式被稱為“重子聲學(xué)振蕩”(baryon acoustic oscillations, BAO)。
第二種手段是測(cè)量宇宙中不同時(shí)期星系團(tuán)的形成速度差異。這兩種方法的結(jié)果都證實(shí)了宇宙中暗能量的存在以及宇宙的加速膨脹事實(shí)。
暗能量的概念最早是上世紀(jì)90年代，天文學(xué)家們?cè)趯?duì)遙遠(yuǎn)的超新星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)首次提出來(lái)的。
愛(ài)因斯坦是正確的
為了解釋宇宙為何會(huì)加速膨脹，天文學(xué)家和物理學(xué)家們面臨兩種選擇：或者重寫(xiě)愛(ài)因斯坦的理論，或者去接受這樣一種觀點(diǎn)，那就是宇宙中充滿著一種全新的，我們完全不了解的神秘能量。
克里斯·布萊克(Chris Blake)博士來(lái)自澳大利亞墨爾本的斯威本科技大學(xué)，也是這一研究的合作者之一。他說(shuō)：“暗能量起到的作用就像是你向上拋出一個(gè)球，然后你發(fā)現(xiàn)它加速向上飛去。并且越飛越快。這樣的結(jié)果告訴我們，暗能量是一個(gè)宇宙常數(shù)，正如愛(ài)因斯坦最初提出的那樣。如果只考慮引力，我們不可能觀察到這樣的現(xiàn)象。”
這些最新的發(fā)現(xiàn)結(jié)果來(lái)自一項(xiàng)名為“WiggleZ”的星系巡天項(xiàng)目，這一項(xiàng)目始于2006年，于2013年完成。這一項(xiàng)目使用了美國(guó)宇航局星系演化探測(cè)器(Galex)和澳大利亞賽丁泉天文臺(tái)英-澳望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。
這一巡天項(xiàng)目對(duì)前所未有的廣袤空間內(nèi)的星系分布進(jìn)行了考察，相當(dāng)于回溯80億年的時(shí)間，當(dāng)時(shí)的宇宙僅有今天年齡的一半。
宇宙學(xué)家鮑勃·尼科(Bob Nicholl)表示：“這是一項(xiàng)重大的進(jìn)展。這些參與者都是這方面的大家，我們等待他們的結(jié)果已經(jīng)有一段時(shí)間了。”
尼科博士本身是英國(guó)樸茨茅斯大學(xué)的天體物理學(xué)教授，他說(shuō)：“這是對(duì)暗能量存在的再次確證，讓我們能更好的修正我們的理論并為我們指明未來(lái)的道路。接下來(lái)很快會(huì)有更多的天文學(xué)家跟進(jìn)這項(xiàng)研究工作。”
然而，盡管科學(xué)家們已經(jīng)確認(rèn)暗能量和暗物質(zhì)確實(shí)存在，但是至今我們?nèi)匀粺o(wú)法對(duì)這兩種神秘現(xiàn)象進(jìn)行解釋。
揭示奧秘
神秘的暗能量（dark energy）真的在加速宇宙的膨脹嗎？一支由50余位天文學(xué)家組成的國(guó)際研究小組通過(guò)計(jì)算一萬(wàn)多個(gè)星系的合并速率，進(jìn)一步加深了人們對(duì)宇宙暗能量奧秘的認(rèn)識(shí)。新的研究技術(shù)也將成為日后測(cè)量暗能量如何發(fā)揮作用的強(qiáng)大工具。相關(guān)研究論文發(fā)表在2008年1月31日的《自然》雜志上。
美國(guó)空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所Adam Riess領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《天體物理學(xué)雜志》上發(fā)表論文稱，宇宙的膨脹在加速進(jìn)行，而非許多科學(xué)家認(rèn)為的那樣變慢或開(kāi)始收縮。這一發(fā)現(xiàn)的影響是巨大的：宇宙的大尺度上不僅存在著一種比引力更強(qiáng)大的反作用力，而且這種“力”（后來(lái)即被稱為暗能量）似乎組成了宇宙物質(zhì)的四分之三還多。
不過(guò)，關(guān)于暗能量一些基本問(wèn)題的爭(zhēng)論依然存在，甚至就暗能量到底存在與否也是眾說(shuō)紛紜。造成這一狀況的關(guān)鍵在于關(guān)于宇宙膨脹還存在其它可能的解釋。比如，在宇宙的最大尺度上，引力的作用方式和表現(xiàn)可能與一般情況下截然不同。
作為歐空局VIMOS-VLT深度巡天計(jì)劃（VVDS）的一部分，在新的嘗試中，51位研究者利用歐空局甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的可見(jiàn)光多目標(biāo)光譜儀（VIMOS），確定了在相同宇宙鄰域中大約13000個(gè)松散關(guān)聯(lián)星系的運(yùn)動(dòng)速度，這些星系與地球的距離大致相同，為70億光年。研究人員明白，隨著時(shí)間過(guò)去，許多星系會(huì)趨于合并，最終成為超星系團(tuán)。因此，在大量星系剛剛開(kāi)始發(fā)生聯(lián)系時(shí)就檢測(cè)它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有助于揭示暗能量是否阻礙了令星系結(jié)合的引力作用。這些70億光年外的星系所反映的宇宙壽命只有宇宙壽命的一半。
研究結(jié)果到目前為止是不錯(cuò)的。將最新研究與此前在現(xiàn)今宇宙中進(jìn)行的2度視場(chǎng)星系紅移巡天（Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey，簡(jiǎn)稱2dFGRS）研究數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后，研究人員發(fā)現(xiàn)，在單純的引力之外，確實(shí)有一些東西“扭曲”著星系的速度。因此，隨著時(shí)間的推移，星系的合并速度越來(lái)越慢，所要克服的障礙也越來(lái)越大。而唯一的問(wèn)題是科學(xué)家認(rèn)為此次的研究還是太有限，不能得到無(wú)可辯駁的結(jié)論。
論文第一作者、意大利布雷西亞天文臺(tái)（Osservatorio Astronomico di Brera）的Luigi Guzzo說(shuō)，“我們?cè)谛窍敌纬?/span>星團(tuán)之前抓住了它們。”論文合著者、意大利羅馬大學(xué)的Enzo Branchini表示，這是該技術(shù)首次用于暗能量的探測(cè)，而他們下一步將通過(guò)研究更多不同距離、不同年齡時(shí)期的星系（有可能達(dá)到1億顆），努力證實(shí)第一輪研究得出的答案。Branchini說(shuō)，最終足夠的樣本數(shù)量將能夠讓暗能量的某一種解釋凌駕于其它之上。
對(duì)于最新研究結(jié)果，前輩Riess評(píng)價(jià)說(shuō)，“這是一個(gè)令人振奮的消息，暗能量仍然是宇宙學(xué)和物理學(xué)中最緊迫的問(wèn)題之一。”美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院（Dartmouth College）的宇宙學(xué)家Robert Caldwell也表示，盡管這只是初步結(jié)果，但星系合并速率的測(cè)定將對(duì)科學(xué)家計(jì)算宇宙為何加速膨脹十分有用。
暗能量懷疑論
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，根據(jù)一項(xiàng)最新的研究，宇宙目前可能并沒(méi)有加速膨脹。這意味著神秘的“暗能量”實(shí)際上可能并不存在。這可是具有相當(dāng)沖擊性的主張。要知道，在2011年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了來(lái)自兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的3名天文學(xué)家，因?yàn)樗麄兏髯元?dú)立的證明了遙遠(yuǎn)的Ia型超新星（一種爆炸的恒星）以比地球附近天體更快的速度遠(yuǎn)離地球。換言之，我們的宇宙正在加速膨脹。這些令人驚訝的成果發(fā)表于上世紀(jì)90年代末，它們強(qiáng)烈地暗示存在一些奇怪的力將時(shí)空分離了。
暗能量
Nielsen的團(tuán)隊(duì)同時(shí)指出，原先的工作只使用了大約70個(gè)Ia型超新星的數(shù)據(jù)，新的分析發(fā)現(xiàn)了否定有關(guān)暗能量這一概念和加速膨脹的“關(guān)鍵證據(jù)”。文章的第二作者，牛津大學(xué)的Subir Sarkar在聲明中表示，按照物理學(xué)家的說(shuō)法，有關(guān)加速膨脹的證據(jù)可靠程度最多只有“3σ”，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲稱具有根本性不同時(shí)所需的可靠度達(dá)“5σ”這一標(biāo)準(zhǔn)。這意味著我們很有可能被誤導(dǎo)了。有關(guān)暗能量的真相是，它是我們利用過(guò)于簡(jiǎn)化的理論模型分析數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)巧合。Sarkar還補(bǔ)充道，其中一個(gè)理論模型事實(shí)上是在上個(gè)世紀(jì)30年代時(shí)建立的，那時(shí)我們還沒(méi)有任何實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。
我們現(xiàn)在的觀測(cè)使得宇宙天文學(xué)家推測(cè)，宇宙中最重要的成分是暗物質(zhì)和暗能量，暗物質(zhì)占宇宙25%，暗能量占70%，通常所觀測(cè)到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%。因此，探測(cè)和研究暗物質(zhì)很可能導(dǎo)致物理學(xué)界新的革命。
暗物質(zhì)，暗能量肯定都是有質(zhì)量的。所以能夠產(chǎn)生引力，那么現(xiàn)在我們周?chē)y河系，星系之間的引力狀況，就不會(huì)是現(xiàn)在觀測(cè)到的那樣。會(huì)更大。因?yàn)橛衷黾恿?0%多的暗物質(zhì)。
可是事實(shí)與觀測(cè)不符合，反而相反。從我們的周?chē)木植坑钪嬗^測(cè)，局部宇宙是膨脹的。如此我們就大膽假設(shè)反引力子的存在。同樣反引力波也不與電磁波發(fā)生作用。但是他們對(duì)于物質(zhì)是一種斥力，與引力正好相反。這樣就可以解釋目前所觀測(cè)到的宇宙為什么是加速膨脹的。當(dāng)然要記住，這是一種理論猜想。畢竟我們觀測(cè)到的不是宇宙整體的現(xiàn)象。導(dǎo)致“膨脹”的原因有很多。而且《變化》在第八章否認(rèn)了引力子的存在，反引力波更是荒唐，可是為什么還要這么假設(shè)。原因是我不贊同暗物質(zhì)存在！接著往下看吧。
而要追隨當(dāng)下的觀測(cè)數(shù)據(jù)，主要原因是不想讓這些推理在當(dāng)下失去存在的意義。也同時(shí)說(shuō)明，她不是純粹的大腦游戲。
我們現(xiàn)在所觀測(cè)到的物質(zhì)與反物質(zhì)是如此的不對(duì)稱。我們現(xiàn)在只是知道反粒子的存在。但是真正意義上的反物質(zhì)還沒(méi)有被觀測(cè)到。
反物質(zhì)和物質(zhì)是相對(duì)立的，會(huì)如同粒子與反粒子結(jié)合一般，導(dǎo)致兩者湮滅并釋放出高能光子或伽瑪射線。1932年由美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了正電子的存在。隨后又發(fā)現(xiàn)了負(fù)質(zhì)子和自旋方向相反的反中子。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了300多種基本粒子，這些基本粒子都是正反成對(duì)存在的，也就是說(shuō)，任何粒子都可能存在著反粒子，2010年11月17日，歐洲研究人員在科學(xué)史上首次成功“抓住”微量反物質(zhì)。
那么為什么不大膽假設(shè)，正物質(zhì)和反物質(zhì)碰撞湮滅會(huì)有一部分轉(zhuǎn)化成暗物質(zhì)和暗能量。這樣正物質(zhì)與反物質(zhì)的不對(duì)稱問(wèn)題，也似乎得到了一個(gè)可靠答案。而且我認(rèn)為物質(zhì)，暗物質(zhì)，反物質(zhì)三種物質(zhì)間定然有轉(zhuǎn)換的機(jī)制。愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程也是這么告訴我們的。
各位，看似我回答了上面的第二個(gè)問(wèn)題，為什么引力子沒(méi)有被探測(cè)到。可是在回答中。漏洞百出，不能自洽，這還僅僅是文字上的。如果是數(shù)學(xué)上的呢？更是可想而知。我們的宇宙就是這么矛盾。
漏洞在哪里呢？在暗物質(zhì)本身上。這樣的問(wèn)題可以有兩種解決方案。1、如果暗物質(zhì)與物質(zhì)間有斥力，且斥力與引力在同等質(zhì)量，等同距離下力的大小相同。那么根據(jù)現(xiàn)在的觀測(cè)，暗物質(zhì)和暗能量占?jí)旱剐詢?yōu)勢(shì)。那么現(xiàn)在觀測(cè)到我們周?chē)目臻g在加速膨脹，就是想當(dāng)然的了。可是大家想過(guò)沒(méi)，在如果真的那樣，我們周?chē)窍邓艿降某饬?yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于引力，使得很少有星系能夠維持在自己的軌道上，現(xiàn)在這樣的星系，星系團(tuán)，是不可能形成的。所以反引力和引力是一種半開(kāi)放或者封閉的力。
說(shuō)是封閉的力，是因?yàn)檫@兩種力應(yīng)該是獨(dú)立作用的。也就是說(shuō)暗物質(zhì)和暗能量作用與和她自身一樣的物質(zhì)；而物質(zhì)就作用與物質(zhì)。如此物質(zhì)和暗物質(zhì)，暗能量就各司其職，引力吸引物質(zhì)，構(gòu)成和維持天體的運(yùn)動(dòng)。反引力作用與暗物質(zhì)，暗能量，由于她們的比重大于物質(zhì)，是構(gòu)成宇宙的主要框架，所以在我們周?chē)目臻g觀察到宇宙是膨脹的。
而說(shuō)是半開(kāi)放的。主要是考慮到暗能量的分布。我們知道很多大的星體我們可以把看成是質(zhì)點(diǎn)，來(lái)計(jì)算她們的引力的。可是如果暗能量的分布很比較均勻的，那么她的引力效應(yīng)就會(huì)被削弱。我們可以把她稱為“弱引力”或者也可以直接認(rèn)為反引力要比引力弱。這樣即使反引力可以作用與物質(zhì)，那么根據(jù)物質(zhì)的分布，根據(jù)反引力和引力的合力，引力大于反引力，所以現(xiàn)在的觀測(cè)情況是容許的。但是非常大的尺度中，暗物質(zhì)，暗能量還是占?jí)旱剐詢?yōu)勢(shì)，或者說(shuō)暗物質(zhì)，暗能量造成我們周?chē)臻g的“高壓”，使得四周空間膨脹。
這就是為什么說(shuō)可能是獨(dú)立或者半開(kāi)放的作用。
這樣解釋，你覺(jué)的邏輯上對(duì)嗎？？如果你也是物理天文愛(ài)好者的話。你一定會(huì)問(wèn)這樣的一個(gè)問(wèn)題。“上面的暗能量分布圖，顯示暗能量和物質(zhì)總是如影隨行。暗能量就好像跟著物質(zhì)似得。或者說(shuō)物質(zhì)跟著暗能量似得。這個(gè)怎么說(shuō)？”
暗能量
那就是除了上面分析的，還得加一條，關(guān)于物質(zhì)與暗物質(zhì)或暗能量的關(guān)系。顯然根據(jù)觀測(cè)他們是相互吸引的，彼此有引力。
那么就是這樣的：暗能量對(duì)暗能量是斥力，暗能量對(duì)物質(zhì)是引力，物質(zhì)對(duì)物質(zhì)是引力。這樣就可以解釋上面的問(wèn)題。為什么可以觀測(cè)到暗物質(zhì)和物質(zhì)總是如影隨行。為什么我們的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)周?chē)目臻g是膨脹的。這樣就意味著，我們的身邊就存在著暗物質(zhì)，很多很多的。每天都穿梭于我們的身體不知道多少次。而我們對(duì)此毫無(wú)所知。
現(xiàn)在該回到第一個(gè)問(wèn)題了。引力與引力之間的傳播問(wèn)題。從上面知道了，引力波具有很強(qiáng)的穿透性，且不與電磁發(fā)生作用。整個(gè)引力場(chǎng)就像海洋一樣。兩個(gè)相距一億光年的大質(zhì)量星球A和B。一個(gè)星球A爆炸。A和B之間的引力中斷需要1億年。
引力波雖然不與電磁發(fā)生作用。但是不代表引力波不與引力波，引力子或者物質(zhì)之間發(fā)生作用。所以說(shuō)A最后發(fā)出的引力信息，可能會(huì)不能到達(dá)B，這是容許的。是一種不對(duì)稱。但是B的引力信息到達(dá)A的位置，沒(méi)有相應(yīng)的對(duì)接，A和B的引力自然就結(jié)束了。
而且在浩瀚的引力場(chǎng)中，天文距離尺度下，A和B的引力的中斷，對(duì)于整個(gè)引力海洋幾乎沒(méi)有影響。就像海洋中的兩條鯉魚(yú)，一條突然被人類(lèi)捕捉上岸，一條逃走。它們之間的引力突然中斷，對(duì)于海洋來(lái)說(shuō)，甚至沒(méi)有察覺(jué)。所以只有大質(zhì)量天體或者星系發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)變化時(shí)，引力波作用會(huì)明顯。如果一方消失，會(huì)造成另一方不再維持原來(lái)的平衡，發(fā)生引力坍縮，發(fā)生引力奔潰導(dǎo)致滅亡是很合理的。
出現(xiàn)暗能量情況的假設(shè)可以有很多。比如宇宙是一個(gè)動(dòng)態(tài)的宇宙。那么暗能量效應(yīng)極有可能是時(shí)空的性質(zhì)，也就是不存在這樣的暗物質(zhì)。只是時(shí)空的性質(zhì)。畢竟相對(duì)論揭示了，一個(gè)運(yùn)動(dòng)的宇宙，其質(zhì)量本身要比靜止的時(shí)候要大。這不是觀測(cè)效應(yīng)，是實(shí)際效應(yīng)。所以可以看做是時(shí)空性質(zhì)。更多的詮釋選擇不止此一種。
真空不空本身就深意，不空的真空里有什么？暗物質(zhì)，能量，暗能量？我們拭目以待吧。
但對(duì)于一直探索的暗物質(zhì)，暗能量，我們也要保持高度懷疑。因?yàn)闆](méi)有直接的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐，也沒(méi)有相應(yīng)的作用。顯然暗物質(zhì)這樣的概念，沒(méi)有反物質(zhì)這樣的感念讓我們踏實(shí)。比較反粒子，微量反物質(zhì)我們已經(jīng)探測(cè)到了。摘自獨(dú)立學(xué)者靈遁者物理宇宙科普書(shū)籍《變化》
WMAP
根據(jù)中科院院士李惕碚和博士生劉浩生成的WMAP的溫度譜，暗能量和暗物質(zhì)占宇宙總能量的比例有所改變。暗能量從WMAP小組所公布的74%下降到了68%，而暗物質(zhì)從22%上升到了28%。他們?cè)谡撐闹新暦Q，這個(gè)結(jié)果與WMAP小組的結(jié)果相比，同其他觀測(cè)結(jié)果，如“飛鏢”球載望遠(yuǎn)鏡，重子振蕩，Ia型超新星等符合的更好。
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