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神秘的暗能量，膨胀的成因？

虚拟还是现实的暗能量 ， 孰是孰非？
神秘的暗能量，膨胀的成因？
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图源：sohu
在二十世纪之末 ， 宇宙似乎面临着两种可能的命运：一则它包含足够多的能量最终促使再爆炸 ， 二则至少它的扩张将会减缓 。 但哈勃太空望远镜对在遥远的星系的Tapala超新星的观测颠倒了这一观点 ， 相反的是 ， 它显示宇宙膨胀正在加速 。 宇宙学家已经引用暗能量的概念来解释加速扩张 ， 但暗能量的本质仍是现代宇宙学所面临的最紧迫的问题之一 。
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图源：sohu
这个图表显示了自从大爆炸后扩张速度的变化 。 曲线越浅 ， 膨胀速度越快 。 大约75亿年前 ， 曲线有一个显著的变化 ， 天文学家认为一个神秘、黑暗的力量使物体以更快的速度飞离 。
美国航天局/太空望远镜科学研究所/AnnField
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图源：ifeng
关于暗物质有一点我们是心知肚明的：它存在很多 。 从宇宙微波背景的测量中 ， 科学家们已经确定 ， 暗能量占宇宙的能量密度的68% 。
无论暗能量是什么 ， 它必定带着负压渗透到空间中导致宇宙膨胀 。 暗能量被提出的一种形式 ， 称为宇宙常数 ， 表明其恒定的能量密度均匀填满所有的空间 。 该模型从一个词中借鉴它的名字 ， 这个词来自于爱因斯坦最初的广义相对论方程 。 广义相对论旨在抵消重力和创建一个静态的 ， 而不是扩大的宇宙 。 后来被称为爱因斯坦的“最大的错误” ， 这一术语本身并不代表一个物理模型,但这个宇宙常数 ， 可能只是空间的能量 ， 所谓的由量子理论预测出的真空能量 。 随着宇宙的扩张 ， 创造了更多的空间 ， 更多的暗能量形成 。
另一家领先的模型是以太,以古代哲学中第五和最高元素命名 ， 认为它应该渗透所有自然中 ， 是天体的组成 。 以太理论是一种新型的能量场或流体空间,或者是第五根本动力 。 与宇宙常数不同(顾名思义,随时间保持不变) ， 以太是动态的,随着时间的推移而改变 。 它甚至可以从一个吸引力切换到排斥力(反之亦然) 。 虽然以太和其他暗能量的动态模型都是有趣的可能性 ， 但目前没有观测显示 ， 暗能量是以一个恒定的状态方程w=-1 ， 随着时间的推移而改变 ， 这些测量的错误仍然很大 。
宇宙学家们也考虑修改当前的引力理论 ， 但是一项新的理论不仅要解释加速扩张 ， 而且要解释其他引力之间相互作用 ， 与爱因斯坦极其准确的广义相对论相比 ， 有相同或更好的准确性 。
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在物理宇宙学和天文学中 ， 暗能量是一个术语 ， 描述一个大尺度影响宇宙的未知形式的能量 。 第一次观测证据的存在来自超新星的测量 ， 这表明 ， 宇宙不以恒定速率扩大；相反 ， 宇宙的膨胀速度正在加快 。 了解宇宙的进化需要知道它的起始条件以及它包含什么 。 这些观察之前,对于物质存在形式只知道是普通物质、暗物质、辐射 。 对宇宙微波背景的测量显示宇宙始于一个热大爆炸 ， 从这儿 ， 广义相对论解释了其进化和随后的大规模运动 。 没有引入一种新能量 ， 就无法解释宇宙加速可以怎样度量 。 自1990年代以来 ， 暗能量出现最能接受的前提是 ， 它是导致加速膨胀的成因 。 截至2020年,在活跃的地区的宇宙学研究旨在了解暗能量的本质：它是一个测量错误的表征吗？或者是对广义相对论需要做的修改吗?
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图源：ifeng
假设宇宙学的一致性模型是正确的 ， 目前最好的测量表明 ， 暗能量占现在的可观测宇宙的总能量的68% 。 暗物质的质能和普通物质(重子的)分别地占据了27%和5% ， 其他组分 ， 如中微子和光子则占据少量 。 暗能量的密度很低(~7×10?30g/cm3),远低于普通物质的密度或在星系中的暗物质 。 然而 ， 它主宰着宇宙的质能 ， 因为它均匀分布在空间中 。
提出的两种暗能量的形式 ， 一是宇宙常数 ， 代表一个恒定的能量密度均匀填充空间,二是标量场例如以太或模、动态数量 ， 能量密度可以在时间和空间变化 。 标量场的贡献 ， 在空间是常量的 ， 通常也包含在宇宙常数中 。 宇宙常数可以用相当于空间即真空能量的零点辐射的公式表示 。 标量场在空间的变化是很难与一个宇宙学常数区分,因为变化可能是极其缓慢的 。
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由于模型性质在宇宙学上的一致性 ， 一些专家认为 ， 一个更准确的广义相对论在现实宇宙的所有尺度的结构都适用 ， 它有不需要引用暗能量的可能 。 非均匀宇宙学 ， 试图解释膨胀扩张是结构形成对度量的反作用 ， 通常不承认暗能量对宇宙能量密度的贡献 。
作者:skyandtelescope
FY:句号兽
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