暗能量真的是宇宙常数吗？

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宇宙是无限的。——伊壁鸠鲁

宇宙浩瀚无垠，绵延数千亿光年，至少包含近一万亿个星系。我们还知道宇宙已经远远超出了我们所能观测到的部分，也很有可能是无限的。但是我们宇宙的未来是怎样的？

宇宙的加速膨胀最终会导致星系之间彼此无法联系，恒星彼此无法联系，甚至是最后原子被撕裂。考虑到目前对暗能量的估计，“大撕裂”有可能发生吗？“大撕裂”过程的主要可观测基准是什么？这些可观测的效应在未来离我们当前的时间点有多远？

现在我们回到大爆炸时期，看看宇宙是如何发展到今天的样子的。

从辐射、物质到暗能量

早在约138亿年前，宇宙的温度又高密度又大，物质分布几乎完全均匀，空间膨胀的速度非常非常快。与此同时，由于宇宙中所包含的质量也非常大，根据万有引力宇宙会经历一段减缓膨胀的过程，来抵消最初的膨胀率。如果可能的话，宇宙最终会发生逆转。那么宇宙到底能不能逆转取决于三件事：初始的膨胀率，宇宙中物质和能量的总量，以及宇宙中存在的能量类型以及比率。

很长一段时间，我们认为宇宙有三种可能的命运：

宇宙有足够的物质和能量来克服最初的膨胀率，使宇宙持续减速，空间达到某个最大尺度然后停止膨胀，最后逆转。宇宙会重新收缩，以一个大坍缩结束。在一个没有足够的物质和能量的宇宙中，宇宙未来的命运会持续膨胀。引力足以使膨胀速率持续变慢，但将始终保持正值，遥远的星系将不可阻挡的远离我们。介于上述两种情况之间的宇宙，物质和能量与膨胀率平衡。在这种情况下，宇宙的膨胀率趋近于零，但宇宙不会逆转。

当然，真实的宇宙并不是以上这三种情况。

随着宇宙的膨胀，物质和辐射密度的稀释，宇宙在很长一段时间内经历了减速膨胀的过程，然而在大约60亿年前远离我们的星系速度突然停止下降，宇宙开始加速。这种加速现象一直持续到了今天，而且没有停止的迹象。

随着物质和辐射密度的持续下降，宇宙持续的加速度告诉我们，除了我们常见的物质能量类型之外，宇宙中还有一种新的能量形式：我们称之为暗能量。

暗能量的存在也表现在许多不同的观测中，包括大尺度结构、宇宙微波背景，以及对非常遥远的星体的观测，如伽马射线暴、类星体和Ia型超新星。我们在最近几年非常精确地测量了暗能量的比例，在过去的十年里，暗能量的不确定性从100%到50%到30%到12%最后降到8%左右。

下面会说到一个概念，之前已经提及很多次；相信你也听说过，那就是宇宙常数！那么宇宙常数是什么？和爱因斯坦有啥关系？大家可以通过头条app的搜索栏搜索“宇宙常数的概念”。有很多详细的解析

暗能量真的是宇宙常数吗？

就我们目前的观测而言，我们认为暗能量与宇宙常数一致，这意味着暗能量的密度在整个宇宙的历史中保持不变。

虽然从目前的理论上讲，最令人信服的论点以及数据告诉我们暗能量是宇宙常数，但是暗能量不一定完全是一个常数。它还有以下的可能：

暗能量几乎是一个常数，我们知道暴涨时期真空能量衰变到了物质中，今天暗能量仍有可能进一步衰变，但速度非常慢。如果是这样的话，宇宙的加速现象最终也会衰减，完全停止膨胀。同样可以想到的是，暗能量可以自我逆转，从正的宇宙常数变为负的宇宙常数，最终导致宇宙大坍缩。还有一种可能性需要考虑，暗能量会随着时间的推移而变强。导致目前受引力、甚至是电磁力束缚在一起的物质发生大撕裂的可能。

如果暗能量是一个常数，这就意味着一个距离我们约1000万光年的天体应该以每秒150到200公里的速度远离我们。到2000万光年远的时候，天体将以每秒300公里的速度移动。到1亿光年的时候，会以1500千米/秒的速度远离我们，到10亿光年的时候，会以15000千米/秒的速度退行，到200亿光年的时候，天体会以光速退行，也就是30万千米/秒！

事实上，我们的宇宙已经在加速膨胀，而且有些天体正在以超过每秒30万公里的速度退行，这意味着我们可以观测宇宙的97%（所有以光速退行的恒星、星系和行星）永远无法进入我们的视野。即使我们今天坐上一艘拥有无限能量的宇宙飞船，就算达到光速，我们也不可能到达这些遥远的目的地。

如果暗能量只是一个常数，那么我们的太阳系，银河系，甚至是我们的星系群（包括银河系、仙女座、三角座星系、麦哲伦星云和几十个小矮星系）在未来的几万亿年里，它们将在引力作用下束缚在一起。

如果暗能量不是宇宙常数，我们的宇宙将会乱套

如果暗能量随着时间的推移而增加或增强，那么暗能量所提供的加速度不仅会让遥远的星系远离我们，而且随着时间的推移暗能量会使现在被引力束缚在一起的结构发生分离！

如果暗能量的能量密度增加到今天的十倍左右，本星系群会和宇宙中所有其他遥远的星系一样发生分离。

如果暗能量的能量密度增加到当前值的100倍左右，银河系外围的恒星就会从星系中飞离，因为空间的度量膨胀会克服银河系周围所有物质的引力。如果达到其现值的300百倍，我们的太阳也会从银河系中分离出来。

如果暗能量的能量密度继续上升，我们的太阳系会发生什么？行星将脱离太阳，地球将脱离轨道。

当暗能量达到现值的1000亿倍，人类将脱离地球的引力，单个细胞、分子、原子和原子核将被撕裂。如果暗能量密度继续增加到无限大，可以肯定的是，时空本身也会在最后一刻被撕裂。

总结

这是所有宇宙命运中最可怕的结果。在2003年，罗伯特?考德威尔、马克?卡米奥考斯基和内文?温伯格在一篇论文中首次提出了宇宙“大撕裂”这一观点。

他们最初认为宇宙将在220亿年后结束。上面概述的每一个事件都发生在宇宙接近尾声的时候，因为暗能量密度在很长一段时间内都会非常缓慢地增加，只有在宇宙的尽头才会达到无限的密度。

但是目前根据我们最好的测量，我们现在可以得出暗能量确实是宇宙常数，宇宙在未来不会发生“大撕裂”。如果真的存在微小的变化，那么“大撕裂”的情况至少会推迟到800亿年以后。这就是科学，我们不排除任何可能性，但我们也需要有证据表明，暗能量正在增长！


原文地址：今日头条

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