暗能量|困扰人类20多年，某种神秘力量正在推动宇宙加速膨胀_宇宙膨胀|天文|科学|科技|望远

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某种神秘的力量正在推动宇宙的分裂。我们不知道它是什么。它无处不在，我们却看不到它。它占据了宇宙中超过三分之二的能量，但我们完全不知道它从哪里来，也不知道它是由什么构成的。我们仅能为这种物质起一个令人回味的名字：暗能量。
直到20多年前，我们还认为宇宙的膨胀速度会减缓。但是在1998年，天文学家分析了遥远的Ia型超新星的亮度，得出的结果让他们感到震惊。超新星爆发有一个大致已知的固有亮度，因此它们可以用作标准烛光：看上去越暗，它就越远。许多超新星爆发出乎意料的昏暗，暗示着它们的位置比预期的要远得多。在某种程度上，空间似乎已经开始加速膨胀，好像正被一种对抗物质引力的排斥力向外推动。
我们还可以肯定，暗能量是点燃物理学家创新思想的绝佳燃料。他们眼中的暗能量有成百上千种奇异的形式，其中最平淡无奇的是宇宙常数。即便如此，宇宙常数也已经足够疯狂，它是空间固有的能量密度，在爱因斯坦的广义相对论中制造了排斥性引力。随着空间的膨胀，它会越来越多，它的排斥力强于因为物质日益分散而减弱的引力。为了解释加速度，我们需要一个大约为1焦耳每立方千米的宇宙常数。这是所有暗物质和正常物质总和的两倍。
借助在不确定的量子真空泡沫中出现和消失的虚粒子，粒子物理学似乎为真空空间应该有自己的能量的原因提供了一个解释。但这个理论存在的问题是，上述这些粒子的能量密度太高了——根据最简单的计算，每立方千米的能量大约是 10的120次方焦耳。
这种灾难性的差异为其他理论敞开了大门。暗能量或许是一种“精质”：一个假想的弥漫在空间中的能量场，随时间变化，甚至可能在不同的地方聚集。它也可能是一种不同类型的引力，在长距离内会互相排斥。还有很多更神秘的说法，比如暗能量是由量子信息的丢失或者是波长比可观测宇宙大万亿倍的无线电波引起的。
知道暗能量是否随着时间变化，将有助于了解暗能量的本质。如果它是随着时间变化的，那么宇宙常数至少可以被排除了。在大多数精质模型中，能量随着空间的伸展而慢慢稀释；虽然在某些模型中，它实际上会因为宇宙膨胀增强。在大多数经过修改的引力理论中，暗能量的密度也是可以改变的。它甚至可以上升一段时间然后下降，反之亦然。
宇宙的命运就悬在这种平衡之中。如果暗能量保持稳定，宇宙的大部分将加速远离我们，让我们永远留在一个与世隔绝的宇宙孤岛上。如果暗能量增强，它可能最终会把所有的物质都撕裂，甚至连当下的空间结构也会变得不稳定。基于对超级新星的观测，我们目前最好的估计结果是暗能量的密度相当稳定。也有一种说法是它在轻微地增长，但由于其中的不确定因素太大了，我们还不必为此担心。
现在，天文学家正付出巨大的努力以更精确地确定暗能量的行为。有一些项目——例如暗能量巡天，正在广阔的天空中寻找暗能量的些许迹象。他们正在捕捉更多的超新星，绘制数以百万计的星系的位置，以揭示来自大爆炸的远古声波残留，并通过宇宙时间计算星系团的数量，这些星系团应该以不同的方式受到过暗能量的影响。
【暗能量|困扰人类20多年，某种神秘力量正在推动宇宙加速膨胀】一群更引人注目的“暗能量猎手”将在几年内开工建造，包括专门执行空间任务的欧几里得（Euclid）卫星，以及新一代的巨型望远镜：大口径全天巡视望远镜（LSST）、30 米望远镜（Thirty Meter Telescope）、欧洲特大望远镜（European Extremely Large Telescope）和巨麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope）。
几乎没有人认为搜寻会很快结束。我们困惑了20多年，至今仍对暗能量的身份毫无头绪。但好的一面是，我们确实找到了一些可以告诉我们在哪里能找到线索的线索。
编辑：沈湫莎
责任编辑：任荃
来源：世界科学

暗能量|困扰人类20多年，某种神秘力量正在推动宇宙加速膨胀

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