暗能量：宇宙加速膨胀的幕后推手

伤我心太深

你知道爱因斯坦的最大的错误是什么吗？你想知道一万亿年以后的宇宙是什么样子吗？过去三十年中，物理学最惊人的一个发现就是宇宙正在加速膨胀。把宇宙常数放回到爱因斯坦场方程中，可以让宇宙加速膨胀，但是这个宇宙常数到底有什么物理意义，物理学家一无所知。暗能量和暗物质到底是什么，是两个谜。




　　控制宇宙的神秘能量之谜


　　我们的宇宙其实就像一个高明的巫婆用暗能量、暗物质和正常物质调制成的鸡尾酒。

　　天文学家发现了一种控制宇宙的神秘能量—暗能量的最新证据，这种暗能量可能占宇宙总能量的2/3，它正在把宇宙中的星系及星系中的一切，以史无前例的速度相互分离。

　　近年来，科学家们一直在寻找宇宙不仅正在膨胀，而且正在加速膨胀的原因。有人认为，是神奇的暗能量在远距离上把物体推开，从而克服了引力的局部作用。英国曼彻斯特的一个国际天文小组为神秘的暗能量的存在提供了新的证据。

　　这些科学家观察到，来自遥远而明亮的类星体的光被弯曲后，形成了若干个类星体的图像，图像的数目和途中存在的星系所形成的引力透镜数目不相符合，由此科学家断定，途中必定存在我们看不见的其他物质，从而证明了宇宙中确实存在暗能量。




我们这一代人，是不是也缺少了某些关键信息，以至于有关这个宇宙，有些东西是我们永远都不能理解的呢？
要知道，这个宇宙根本没有义务让你理解。







　　引力透镜现象是指来自遥远星系的光在到达天文望远镜之前，会被途中的其他物体的引力所弯曲，和通常的透镜折射光相似。

　　据报道，该天文小组的一位科学家使用包括宇宙年龄在内的参数和引力透镜源的可能数目，计算被引力透镜折射的类星体的数目。他发现这一数目大约是没有暗能量存在的情况下类星体图像数目的两倍。因此他推算出，宇宙的2/3必定是由暗能量组成的。


　　剩下的1/3由暗物质(它的形态至今还不知道)和组成星球与行星的常规物质构成。所有这两种物质的引力是正常的引力，即通常的万有引力。
　　而暗能量与它们相反，具有长距离的反引力性质。与神秘的暗物质一样，目前科学家们并不知道暗能量究竟是什么，但这些新的结果增加了暗能量存在的可信度。现在科学界普遍相信，它是宇宙加速膨胀的原因。


　　这一新的引力透镜试验建立在和过去完全不同的物理论据上，所以它提供的支持暗能量存在的证明是独立于其他证明的。
　　由于通过引力透镜形成的类星体图像通常挨得太近，这个天文小组使用了世界上最强大的射电天文望远镜阵列，得到了上千个类星体的无线电照片。

　　暗能量这个说法直到1998年才出现在天文学领域里。当时，两组天文学家对遥远的星系中正在爆炸的星球即超新星进行观察，发现超新星比他们认为的暗淡。这意味着它们的距离比科学家原来认为的更远了。造成这种情况的唯一解释应该是，假设宇宙的膨胀在过去的某个时间加速了。


　　天文学家在这之前一般认为，由于单个星系相互作用造成了引力拖拽，宇宙膨胀是逐渐减慢的。但是对这个超新星的观察结果表明，有某种神秘的力量在对抗引力的拖拽，使星系以前所未有的加速度相互远离。




　　起初，其他科学家对这个结果表示怀疑。也许超新星变暗是因为它们的光被星际尘埃云挡住了，也许超新星本身的光就比科学家所认为的暗。但是经过仔细检查，所有这些解释都被搁到了一边，暗能量的假说出现了。其实，有关反引力的想法并不新鲜。早在多年前，爱因斯坦就已经把这种反引力效应以所谓的宇宙常数的名义包括在他的广义相对论中了。当时，爱因斯坦为了不使星球由于相互间的吸引力而挤到一起，设想宇宙中应该还存在一种排斥力，它与引力相对抗，从而使宇宙保持稳定。他把这个排斥力称为宇宙常数。

　　20世纪20年代，哈勃发现宇宙并非静止不动，而是在不断膨胀。爱因斯坦便放弃了他发明的这个宇宙常数，并称这是他“一生中最大的错误”。因为爱因斯坦本人和后来的许多天文学家都把这个宇宙常数只看作是数学上的假设，而不认为它和实际的宇宙有多少关系，所以直到20世纪90年代也没有人想到过这个效应会变成现实。可现在暗能量的发现证明这个排斥力确实存在。看来，如果爱因斯坦还活着，也许他就会承认，放弃宇宙常数是他一生中第二个最大的错误。


　　有关暗能量的探讨十分玄妙。有人认为暗能量是从宇宙真空中渗透出来的。有实验表明，真空似乎并不是空无一物，而是一些虚粒子在时生时灭地冒泡泡。
　　而另一些天体物理学家则说，暗能量只不过是宇宙的基本特征，试图解释它，就像解释为什么地球离太阳的距离刚好适合孕育生命一样徒劳。










“暗能量”成像，了解宇宙加速膨胀的原因，以及宇宙的发展方向



　　为什么宇宙会加速膨胀?这个问题的背后还隐藏着暗能量是什么的谜团，为了揭开这个奥秘，科学家开始建造暗能量成像光谱仪。

　　美国密歇根大学的科学家正在建造下一代暗能量探测望远镜，核心部件为暗能量成像光谱仪，可帮助科学家绘制出3000万个星系的时空分布，并以此来研究宇宙暗能量。

　　目前科学家一直被一个问题所困惑：为什么我们的宇宙处于加速膨胀之中，宇宙学家怀疑暗能量在其中扮演了重要作用，其占据宇宙质能的75%以上，而暗能量背后的性质一直是物理学上的未解之谜。暗能量成像光谱仪将对100亿光年之内的宇宙星系进行分布绘制，创建宇宙三维地图。




　　科学家预计在2018年暗能量成像光谱仪将进行第一次观测，该相机会安装在亚利桑那州基特峰国家天文台的马亚尔4米口径望远镜上，可对遥远宇宙星系进行观测研究。暗能量成像光谱仪执行委员会的物理学教授格雷格里认为暗能量成像光谱仪包含有5000条光纤信号，可对观测天体进行精确定位，测量星系的红移值和与我们的距离等。其中红移值可以告诉科学家星系是如何越离越远，在为期五年的观测时间内，科学家将对3000万个星系进行三维定位。


　　暗能量成像光谱仪数据委员会主席克里斯-米勒认为光谱仪能够每隔12分钟对5000个被观测星系进行一次光谱收集，一旦宇宙星系的时空分布被确定后，就可以揭开暗能量主导的宇宙加速膨胀奥秘。了解宇宙加速膨胀的原因，以及未来宇宙的发展方向等。