暗能量科普知識
暗能量是驅(qū)動宇宙運動的一種能量。它和暗物質(zhì)都不會吸收、反射或者輻射光，所以人類無法直接使用現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行觀測。下面是小編為大家整理的暗能量科普知識，僅供參考，歡迎閱讀。
暗能量是所有物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一。
根據(jù)我們的最佳觀察，宇宙不能僅由物質(zhì)和輻射構(gòu)成，而是需要一個與我們所知不一樣的附加成分。它不會結(jié)塊或聚集；它沒有我們知道的相關(guān)粒子或量子；它似乎在任何地方、任何時間和所有方向都是相同的。盡管我們可以描述它如何影響宇宙，并限制它所不表現(xiàn)出的行為，但是我們?nèi)匀徊淮_切知道什么是暗能量。
暗能量很可能是世俗的：空間本身固有的一種能量形式，與我們今天所觀察到的一樣，永遠(yuǎn)不會改變、發(fā)展、增強、減弱或做任何不同的事情。但是，總有可能暗能量比我們通常認(rèn)為最簡單、最幼稚的實體負(fù)責(zé)。在我們更好地理解暗能量是什么以及它如何工作之前，我們必須接受一個極其不舒服的可能性：畢竟，暗能量可能會毀滅整個宇宙。
如果您想了解暗能量是什么以及它是如何工作的，那么最簡單的起點就是我們觀察到的宇宙的開始：熾熱的大爆炸。在大爆炸的最早瞬間，空間變得異常熱和致密，充滿了巨大的能量、物質(zhì)、反物質(zhì)和輻射。但是它也以令人難以置信的快速擴張，以恰當(dāng)?shù)某跏妓俣绕胶饬艘Φ奈Α＞拖裨谝粓霰荣愔心菢铀伎�，所有不同形式的能量都在相互吸引，而最初的膨脹使一切迅速分離。大爆炸是這場比賽的起跑器，您可以立即想象這場比賽可以通過三種方式結(jié)束：
引力勝了，克服了膨脹，使宇宙在大危機中崩潰了，膨脹獲勝，因為萬有引力無法將事物拉回去，結(jié)構(gòu)飛散，最終以大凍結(jié)結(jié)束，或兩者完美平衡，因為膨脹率降至零，但再也不會崩潰，因此出現(xiàn)“金發(fā)姑娘（“金發(fā)姑娘原則”指出，凡事都必須有度，而不能超越極限）”（或嚴(yán)重）情況。
我們怎么知道宇宙的'最終命運？從理論上講，宇宙的膨脹率必須隨著時間的流逝而變化，受廣義相對論定律的支配。隨著宇宙的膨脹，它的密度降低，并且由于輻射損失能量而冷卻。因此，我們可以通過測量宇宙的膨脹，通過測量來自不同距離的星系發(fā)出的光有多嚴(yán)重偏移來了解宇宙的膨脹。
想象一下，您可以在整個宇宙的歷史中看到一個星系。起初，它的消退速度非�？欤请S著宇宙膨脹率下降，它似乎會放慢速度。宇宙是否崩潰，將取決于表觀的衰退速度如何隨著時間而放緩。到20世紀(jì)90年代后期，我們已經(jīng)有足夠的數(shù)據(jù)來整理這些信息，并根據(jù)我們對許多星系的觀察來重建一個星系會發(fā)生什么。但是他們的發(fā)現(xiàn)令人震驚：不僅所有這些情況都是無效的，而且遙遠(yuǎn)的星系并沒有因為我們的消退而放慢速度，反而在加速。
如果您可以從“大爆炸”開始之初就觀察到一個星系，那么您會發(fā)現(xiàn)它從我們的角度迅速消退，然后在我們的消退中減速了70億多年，隨著引力的作用越來越慢努力抵消膨脹。然后，大約在60億年前，該星系將停止減速，轉(zhuǎn)而再次遠(yuǎn)離我們。
與廣義相對論和我們收集到的全套數(shù)據(jù)一致的唯一解釋是：宇宙還有一個附加成分，甚至超出了暗物質(zhì)、正常物質(zhì)、中微子、輻射、黑洞和引力波。它不會隨時間變化很大，只有在物質(zhì)和輻射密度降至臨界值以下時才變得重要。據(jù)我們所知，它的行為就像是空間本身固有的一種能量形式：暗能量。
如果看起來暗能量，那將對我們宇宙的未來命運產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。根據(jù)其當(dāng)前的行為，我們被數(shù)據(jù)吸引來推斷暗能量是一個常數(shù)：其能量密度不會隨時間變化。這意味著，隨著宇宙的膨脹和體積的增加，它實際上會獲得能量。（從小范圍來看，違反了能量守恒，但是對于不斷膨脹的宇宙，能量守恒。）
如果確實如此，那么我們宇宙的遙遙無期。大約60億年前，在暗能量開始支配宇宙膨脹之前，已經(jīng)被引力相互束縛的物體將保持束縛，因此銀河系甚至本地集團(tuán)都是安全的。但是，尺度更大的結(jié)構(gòu)將繼續(xù)彼此遠(yuǎn)離，并且隨著時間的流逝，它們似乎將越來越快地消失。
最終，我們的本地集團(tuán)將合并為一個巨大的星系，所有其他星系組和星系團(tuán)也將融合在一起，而它們彼此之間則相互遠(yuǎn)離。隨著時間的流逝，它們會加速，因此即使我們以光速發(fā)射了航天器，它們也永遠(yuǎn)不會到達(dá)我們的目的地。令人驚訝和令人不安的是，這已經(jīng)發(fā)生在我們距離超過180億光年的宇宙中的每個星系，據(jù)估計，可觀察到的宇宙中有94％的星系。
如果暗能量確實是一個常數(shù)，那么我們的宇宙將以一場大結(jié)局結(jié)束，而我們的命運將是一個寒冷而寂寞的命運。不像我們在一開始就提到的“膨脹戰(zhàn)勝萬有引力”方案，但是，膨脹戰(zhàn)果斷地獲勝，而我們等待的時間越長，勝利就越具有決定性。暗能量以這種方式運行有兩個合理的原因，我們不知道哪個（如果有）是正確的：
宇宙常數(shù)——在廣義相對論中，您可以向理論中添加一個“常數(shù)”，該常數(shù)會始終影響宇宙的膨脹率。如果此常數(shù)為正且不為零，則很容易造成暗能量。量子真空的零點能量——在量子場論中，系統(tǒng)的最低能量狀態(tài)（稱為基態(tài)）不必為零，而可以為有限的非零值。如果空白空間的基態(tài)具有正的有限值，那么這也可能是暗能量的原因。
但是，沒有內(nèi)在的理由將自己限制在這些簡單但沒有想象力的場景中。實際上，如果我們考慮將能量固有于結(jié)構(gòu)的空間這一想法，那么宇宙歷史上還有另一個時間應(yīng)該發(fā)揮重要作用：在宇宙膨脹期間，引發(fā)了熱潮。膨脹使宇宙扁平化，并在所有地方賦予其相同的特性，直到（某種程度上（我們不知道確切如何））原始空間結(jié)構(gòu)所固有的能量轉(zhuǎn)化為粒子和輻射，啟動熱的大爆炸。
20多年來，人們一直在猜測膨脹與暗能量之間的可能聯(lián)系，其理論將兩者結(jié)合在一起，稱為“第五元素”，其他四個元素是土、火、水和空氣。今天，有四種基本力：引力，電磁力和強弱核力。存在第五種基本力量，并使其膨脹并加速宇宙的可能性，是這種精髓思想的現(xiàn)代化身。
暗能量的宇宙學(xué)常數(shù)或零點能量解釋與精粹解釋之間的最大區(qū)別在于，前兩者不會隨時間變化，而精粹則可以。實際上，如果精粹的大觀念是正確的，那必然意味著它至少發(fā)生了一次變化：從通貨膨脹即將結(jié)束之前到炙手可熱的大爆炸開始。而且，如果更改一次，但今天還沒有完全穩(wěn)定，則可能會再次更改。
這種改變的可能性使人們無法預(yù)測我們的未來。如果暗能量永遠(yuǎn)不是一個完美的常數(shù)，那么如果這個假設(shè)被證明是錯誤的，那么我們得出的關(guān)于宇宙最終命運的任何結(jié)論都會改變。盡管我們對暗能量的恒定程度設(shè)置了相當(dāng)好的約束，但它們的高功率率約為10％。美國宇航局即將成立的南�！じ窭姿埂ち_馬天文臺（一種廣域，高功率的哈勃望遠(yuǎn)鏡（以前稱為WFIRST））將這些限制提高了十倍，使我們能夠檢測到暗能量中的任何不均勻性，降低到大約1％的水平。
如果任其改變，那么對于我們命運的不同，將會出現(xiàn)三種引人入勝的可能性。
暗能量可以自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)。這種稱為真空衰變的事件會自發(fā)地改變自然定律/常數(shù)，從而破壞我們在亞原子水平上已知的物質(zhì)。無論這種過渡發(fā)生在哪里，它都會影響該空間中的所有事物，并且該過渡應(yīng)以光速向外傳播。如果它到達(dá)了我們，它將摧毀我們，而我們卻看不到它的到來。暗能量可以隨著時間緩慢地逐漸增加（或減少）。
如果暗能量隨著時間而變強，空間最終將使其自身分裂，從而導(dǎo)致大裂變場景，從而使原子自身分裂。或者，如果暗能量的強度增加但其符號反轉(zhuǎn)（從正變負(fù)），則宇宙最終將崩潰并以大緊縮結(jié)束。暗能量可能會慢慢消失。暗能量可能會緩慢轉(zhuǎn)換為粒子/反粒子對或輻射，而不是一次全部改變，類似于黑洞最終將如何衰變。這可能會改變我們的命運，使我們回到“臨界宇宙”道路上，隨著最后的暗能量衰減掉，膨脹速度降至零。
確實是一個了不起的事實，盡管我們想出了各種不同的方法來測量宇宙中最遙遠(yuǎn)的范圍，但它們?nèi)匀缓显谝黄�。遵循我們知道的物理定律，從一開始就開始，然后在熱大爆炸發(fā)生時添加正確的成分——正常物質(zhì)、暗物質(zhì)、輻射、中微子和暗能量——您將獲得我們觀察到的宇宙。盡管有大量的獨立方法來測量宇宙，但這張照片仍然是每一張照片的有效解釋。
但這并不一定意味著暗能量是我們可以歸為最簡單的東西。這并不意味著暗能量是一個簡單、不變的常數(shù)，它有138億年來的某種價值，這個價值永遠(yuǎn)不會改變。相反，暗能量可以承擔(dān)各種各樣的特性，如果我們想要限制它可以或不能是什么，我們需要卓越的數(shù)據(jù)和測量。宇宙的未來是可以知道的，但只有相信我們的觀測才能支持。除非它們能足夠好來排除這些替代的可能性，我們不能排除暗能量最終會導(dǎo)致毀滅的可能性。
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