什么是暗能量？

什么是暗能量？

在整个宇宙，暗能量到处都是，然而目前为止人类对暗能量的了解却少之又少。

抬头望着夜空，发现了一小片宇宙-斑驳的星星散布在一个黑暗的黑色空隙中。尽管用肉眼看起来宇宙是静止的，但它却以不断增加的速度膨胀，银河系之间的距离每100亿年翻一番。科学家将这种现象归因于暗能量，暗能量占了我们宇宙的70％，并将决定其最终命运。

不断变化的宇宙

1900年代初，爱因斯坦（Albert Einstein）提出广义相对论时，科学家相信静态宇宙。这给爱因斯坦带来了问题。根据他的计算，空间是动态的-收缩或扩大。为了解决他的方程式中的这种差异，他添加了宇宙常数，这是抵消重力的一个因素。但是，当有消息称宇宙在膨胀时，爱因斯坦放弃了这个词，据说这是他最大的错误。

快进到1998年。观察超新星的科学家发现了一个意想不到的发现，超新星是极其明亮，爆炸性的恒星死亡。通过比较观察到的这些爆炸的亮度和预期的亮度，他们发现宇宙的膨胀正在加速。

为什么发生这种情况是一个谜。芝加哥大学的理论宇宙学家迈克尔·特纳（Michael Turner）创造了“暗能量”一词来描述这种加速膨胀的未知原因。

近二十年来，物理学家一直在发展关于暗能量可能是什么的理论。一些人认为暗能量是静态的，另一些人则说暗能量会随着时间而变化。甚至有人暗示它可能不存在。

特纳说：“我们正处于一个非常深刻的难题的开始。”

填补空白

暗能量是宇宙中除了常规物质和暗物质之外的另一种“事物”。两种主要的理论描述了可能是什么：宇宙常数或称为精粹的东西。

宇宙常数被认为是强有力的竞争者。它以爱因斯坦的修正命名，表明暗能量是与空间真空相关的能量，并且在140亿年的宇宙历史中一直保持不变。

它不变且均匀地分布在整个太空中，它将继续以恒定的速度推动宇宙加速，直到宇宙变成一个寒冷，寂寞的地方，星系之间的距离变得太远而看不见。

科学家赞成宇宙常数的简单性，因为现有的实验证据指出了这一常数。尽管它很受欢迎，但是仍然存在一个主要的概念问题–它比应该解决的要小。

SLAC国家加速器实验室的实验物理学家Aaron Roodman说：“如果是暗能量，最简单的量子力学估计将为您提供比宇宙常数的实际大小大得多的数字。” “如何最终得到非零且很小的东西是非常神秘的。”

一些物理学家建议该值为零，暗能量不是宇宙常数。一种可能性是，磁场会产生能量来驱动宇宙加速。这就是所谓的精华，或“第五种东西”。与宇宙常数不同，它不会随着时间的推移而保持不变。

该模型的子集可以不同地预测暗能量的精确变化方式。一个例子叫做幻影暗能量，它不仅使膨胀加速，而且加速度也随着时间增加。这导致了一种称为“大裂口”的情况，在这种情况下，膨胀变得无限快，将星系，原子和时空本身的结构撕裂了。

对重力的新认识

暗能量也可能不存在，并且引力会发生一些奇怪的事情。

修改引力允许各种奇怪的可能性。一种理论结合了更高的维度，引力可以扩展到这一维度，但我们无法直接访问。这个维度可以影响我们的维度，并且相互作用可以产生类似宇宙加速的效果。

修改引力绝非易事。爱因斯坦的广义相对论已被证明是极其准确的，而重写他的方程式的尝试在很大程度上是不成功的。试图使宇宙加速度适合这些方程，使它们无法解释众所周知的现象，例如月球如何绕地球旋转。

科学家已经广泛测试了爱因斯坦的理论，但他们才刚刚开始在暗能量作用的巨大星际尺度上对其进行研究。如果科学家发现不一致之处，他们将发现新物理学的迹象。

“如果我们能解释差异的唯一方法是引力正在发生奇怪的事情，我们将被引向基础物理学一个全新的方向，”黑暗能量调查主任天体物理学家乔什·弗里曼说。在寻找宇宙加速的原因。

由于修改后的重力模型落入未知领域，它们使宇宙的命运更加难以预测。为此，科学家首先需要更好地了解其工作原理。

勘测天空

为了了解暗能量，最初的任务是确定暗能量是否确实存在，并测试其是否符合宇宙常数的概念。

为此，科学家们正在研究宇宙膨胀的历史以及星系和其他结构的增长。重力和宇宙常数对它们应该看到的东西做出了非常具体的预测，因此发现差异可以帮助排除其中一些理论。

但是，消除可能性并不一定意味着答案已经接近。

“我们需要更多的实验数据。我们需要另一个线索。特纳说。“但是，根据目前正在进行的和将来的实验，下一个线索可能会在数周，数月或数年之内出现。”

判决
如果您要求物理学家押注他们认为最可能的理论，那么大多数人会将钱投入宇宙常数。

但是许多人，包括研究暗能量的费米实验室天体物理学家斯科特·多德尔森（Scott Dodelson）都认为，所有这些理论都不正确。

多德尔森说：“我们在思考这个问题的方式上很可能是错误的，我们需要完全重新考虑对观测的解释。”

自从最早的文明以来，人类一直在思考着我们宇宙的最终命运。答案可能不是指日可待，但我们无疑比以往任何时候都更加接近。