为什么说暗能量是构成宇宙加速膨胀的主要原因？

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宇宙学家认为，宇宙中是由73%暗能量+23%暗物质+4%的可见物质组成，除了可见物质外这两种形式的东西因为不在我们的视线之内，到目前为止也没有直接被发现的证据存在，但客观上通过其他形式的相关实验可以证实其存在的必要性，一定意义上而言其实仅限于科学家的理论设想之内，但相关的研究和观测从没有停止过。

宇宙由暗物质及暗能量组成的网

暗物质虽然不可见但有办法证实它的存在，那就是充分利用光线的偏转特性来描绘暗物质的存在。根据广义相对论的理论描述任何一切有质量（包括暗物质）的物质都会有扭曲空间的特性，光线穿过被扭曲的空间会发生折射改变路线，偏转的光线路径被改变，就意味着光线发生了弯曲。那么能导致空间弯曲的物质是什么呢？要么是可见的物质，要么是不可见的物质------暗物质，暗物质导致的空间弯曲如何显现出来呢？弯曲度空间又是一种什么样的状态呢？被扭曲的空间其实就像水中的波纹涟漪，当光线穿过时波纹涟漪会折射光线从而显露出扭曲空间的光影，扭曲空间的光影其实就是暗物质的存在状态。

斯隆数字巡天观测组（SDSS）使用哈勃对80亿光年范围观测了近1000个小时，对大半个宇宙中存在被扭曲了的空间进行了定位测量，最终确定了暗物质在宇宙中的位置及分布状态。

暗物质想象图

科学家通过对暗物质的存在形式及描述，确定了暗物质存在的必要性和合理性，但新的问题又接踵而来。假设暗物质存在质量就必然会产生重力，有重力存在的物质必然会产生引力，而引力则会对其他物质产生约束力。原则上我们都知道宇宙当前正在加速膨胀，如果宇宙中暗物质比例太多的话应该会对扩张中的宇宙产生阻止遏制膨胀的作用力才对，宇宙膨胀的速度非但没有减缓反而在加速。如果宇宙中暗物质的存在有足够多的话，宇宙就会由扩张状态向收缩状态发展最后归趋于零，也就是说宇宙最终不复存在了。这显然这不符合宇宙膨胀理论的描述，那么唯一可以解释的通的就是宇宙中应该还有一个更为神秘的力量，这个力量作为一个反作用力在维持着宇宙扩张的动力需求。

从暗物质存在的合理性和必要性来看，科学家假设一旦宇宙中的暗物质占据到足够多的数量时，就会形成一种制约宇宙膨胀的阻力，如果数量占据优势我们的宇宙就可能被逆向收缩导致坍塌湮灭。但现实下如何证明宇宙是在快速的暴涨而不是在收缩呢？

暗能量想象图

索尔。波尔马特，美国劳伦斯伯克利国家实验室教授，他领导着一支由物理学家和天文学家组成的国际科研小组，先后10年的科研经历，通过对超新星爆炸的跟踪观测最后确定了宇宙正在加速扩张的结论。

要想测出当前的宇宙是在减速还是加速，关键是要先测量出宇宙过去的膨胀速度有多快，再和现在的速度进行比较就可以得出结论。问题是要测出过去的速度就必须要找到更为合适的参照物进行测量标记，为此他们标绘了可观测宇宙中108亿光年的古老星系的地图。他们标记了这些古老星系的距离和位置，然后剩下的问题从寻找超新星爆炸为观测目标开始。

超新星爆炸

超新星爆炸是恒星死亡终结时的最后表现形式，爆炸时产生的亮光相当于所在星系1000万个恒星亮度，作为观测捕捉目标来说非常容易被发现，但这类天体的爆发时间却是无法预测，这就意味着要扩大搜索目标范围延长观测时间才有可能成功。索尔的观测捕捉目标是1A型超新星，这类型的天体通常都是双星系统，一颗生命衰竭被演化成碳氧型白矮星，另一个内部核聚变机制正常的主序星，两颗伴星相互围绕运动。白矮星因为自身物质燃烧殆尽产生大量的重金属元素，密度增大内部坍塌压缩导致体积缩小成为地球般大小，但引力强大到吸收伴星的物质来增加自身的质量。当白矮星吸附的质量达到太阳质量的1.44倍时核聚变被重新开启，当吸附的质量超过太阳3倍时，碳原子达到了核聚变的临界值条件随即能量爆发将白矮星炸的尸骨全无只剩下一片尘埃和气体。白矮星爆炸通常所发出的光亮度相同，所以成为众多科学家研究宇宙的重要观测对象，天文学上也被称为“标准蜡烛”。但因为爆发时都是随机不确定性的所以寻找起来非常麻烦。

索尔在可观测宇宙中寻找目标，运用宇宙地图模型确定了108亿光年的观测范围，并开发出了一套根据自己要求的搜索系统，对目标区域实施持续性的观测跟踪搜索。通过不懈努力的观测搜寻，最终确定了多个高价值目标，最后将目标交给夏威夷的凯克天文台望远镜，测量超新星的距离变化数据，结果却是令所有的科学家都大吃一惊。

白矮星吸附伴星物质

索尔发现超新星的观测距离数据与之前的位置坐标无法匹配，位置在爆炸之后发生了位移距离变得更远了，通过反复试验观测和数据对比最后确定了结果，这意味着宇宙不是在减缓膨胀而是在快速膨胀，这个结果惊动了当时所有的天文及理论学家，索尔为此获得了诺贝尔物理学奖。

现在问题来了，宇宙被证实正在加速扩张，暗物质的存在也似乎合情合理，那么导致宇宙大尺度扩张的原因是什么？暗物质为什么没有对宇宙空间及其他物质产生作用力呢？导致宇宙加速扩张的是不是还有一种被隐藏的神秘力量而未被发现呢？

物理学中最主要的重力显然是遇到了对手，而且这个对手遍及宇宙各处，无时无刻的都在与重力产生抗拒，但是无法观测、发现或确定它的存在，为了自圆现有的理论体系它的存在十分重要，以至于这个设想的提出都显得那么合情合理无法替代，这就是暗能量的学说理论横空出世的最佳时机。

空间中暗物质分布

科学家发现宇宙中充斥着无穷无尽的反作用力，而产生发作用力的应该是一种不被发现的神秘物质，因为不可见所以无法发现，干脆就先给它起个名字叫暗能量。是它跟物质的重力产生反作用力，排斥了一切引力将宇宙推向扩张的方向。这种物质与暗物质应该是一对冤家，暗物质在宇宙中存在的量是一定的，随着宇宙在不断地增大而其数量会被稀释密度减小，重力影响就会有所降低。暗能量却是无处不在，它穿行于宇宙各个地方也包括我们自身，在小的作用力场下不易显现，而在大范围的作用力场下才可以发挥作用变得有意义。暗能量有一个较为特别的特性就是不像暗物质那样定量可以做到在宇宙增大效应中被稀释，它会随着宇宙增大而增大不会减少。这其实正是暗物质及其它可见物质的重力作用会被暗能量的反作用力击败，从而导致反作用力的胜出将宇宙推向扩张的方向。

对此可以看出，暗能量学说是在补充宇宙暴涨的理论不足，它与暗物质一起构成理论体系的一部分。宇宙标准模型的建立将暗物质与暗能量理论纳入其理论体系，威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）成为建立和验证标准模型的重要服务角色，标准模型将暗能量定义为宇宙常数，WMAP提供数据验证支持，计算出宇宙年龄为137.72 ± 0.059亿年，现在的宇宙膨胀速率（哈勃常数）为69.32 ± 0.80 （公里/秒）/百万秒差距。宇宙的组成中有 4.628 ± 0.093%的一般重子物质，有24.02+0.880.87%既不吸收也不放射光的的冷暗物质（CDM），71.35+0.950.96% 使宇宙加速膨胀的的暗能量。这些数据表明，一个加速膨胀的宇宙在暗能量的推动下将成为无限的可能。

宇宙微波辐射图

本文选自：今日头条