难道说暗能量真是宇宙最黑暗的东西？

stellaqj

上期我在暗能量到底是什么能量？结尾处卖了个关子，留下一连串问题——

既然人类无法探测暗能量，你又是怎么知道它的密度、比重、分布等相关数据的？ 身为宇宙绝对庄家的暗能量，会对我们人类命运产生什么影响？ 未来会膨胀到撕裂地球、地球人的地步吗？

本期保证回答干净，不留尾巴。

先说说暗能量、暗物质的数据，都是怎么得到的？

首先保证不是我生造的，更不是科学家生造的，而是通过一整套解决方案科学得出的。事实上，这个过程相当复杂，涉及领域也很多，动用了很多物理理论、数学模型、计算技术、工程设计……
因为要对付的都是最纯粹的暗货——看不见、测不到的暗物质、暗能量！但办法总是有的，这正好显示出科学家的价值嘛！总之，科学家们动用了很多手段，才得到的科学数据。
为了瞧瞧科学家到底是怎么解决这个最棘手问题的，下面我就把这个复杂过程简化成几个步骤，梳理成一张思维导图——


除了这些步骤，我需要说明的是，

普通物质的数据最容易得到，直接间接方法总归都能搞定；
暗物质的数据就难了，只能通过间接手段搞到；
暗能量的数据最难了，甚至连引力效应都没有，更别提质量、密度等关键数据了。

但天无绝人之路，何况对于聪明绝顶的科学家来说，办法总是有的。
说来也很简单，简单到最后用的是减法运算，就得到了暗能量数据！以暗能量总质量为例——


▲动用观测设备和大型计算机，科学家最终算出宇宙总质量和总密度。
首先，科学家利用宇宙膨胀速度和加速度，先算出宇宙的总质量——背后到底是怎么算出的？还是我前面说的那样，科学家依靠很多物理理论和数学模型作为工具，动用观测设备和大型计算机，最终算出来的，具体步骤从略。


▲普朗克卫星巡天观测
接下来，科学家再动用一系列手段，间接探测暗物质，直接间接地科学手段对付普通物质，这样就得到了明暗物质的质量。
最终利用减法运算，宇宙的总质量减去明暗物质的总质量，由此得出了暗能量的总质量。
看起来——天大的秘密背后，往往都是由简单组成的。


▲宇宙三大构成的比重
问题来了，科学家们为什么花那么大力气，非得要得到这些数据——宇宙三大构成的质量、密度等数据呢？越精确越好呢？
因为这些关键数据，决定着宇宙的未来、太阳系的未来、人类的未来！这么严重！此话怎讲？
先看宇宙总质量——


▲物质决定着空间如何弯曲或变形
广义相对论告诉我们，物质决定着空间如何弯曲或变形，因为物质和能量是等价的，所以能量同样决定着空间如何弯曲或变形。
那么，推而广之，整个宇宙的形状，或者说宇宙空间的弯曲程度（学名叫空间曲率），就应该由宇宙的总质量决定。
于是，宇宙学家建立了一整套模型：宇宙作为一个整体来看，是开放的还是闭合的？是球面的，平面的，还是马鞍面的？
为了方便衡量，这个理论引入一个标尺——临界质量。

如果宇宙总质量＞临界质量，宇宙就是球形的，也有人管它叫「爱因斯坦弯曲球」。我们不妨来次思想实验，如果你朝一个方向打一束激光枪，理论上，这束激光就像在地球表面做直线运动一样，最终还会回到你的原点。（当然了，前提是你能活到那一天，那束光能够在宇宙末日来临之前飞回来。）所以，这种球形宇宙也叫闭宇宙，闭合宇宙的意思。 如果宇宙总质量＜临界质量，宇宙就是马鞍形的。这种宇宙的大小是无限的，所以也叫开宇宙，无限开放的宇宙。 如果宇宙总质量=临界质量，宇宙就是平面的。

根据科学家们的计算结果，目前我们的宇宙刚刚好就属于第三种：宇宙总质量=临界质量，宇宙总体来看平坦的。
事实上，宇宙学还有一套模型，就是通过宇宙总密度来衡量宇宙形状，结果得到了同样结论。


▲我们好像是宇宙中心，其实宇宙根本没有所谓的中心。
这就好像在暗示：我们是宇宙中心一样，宇宙演化是为了配合我们生存一样！人类真是太幸运了，恰好就生活在宇宙平坦的时代！
当然，这种暗示会遭来宇宙学基本原则的白眼。因为宇宙根本没有所谓的中心。
这种所谓的恰到好处，背后并不是什么永远幸运。因为没有什么是永恒不变的，现在的宇宙是平坦的，并不代表未来也是一成不变的。
尤其是我们已经发现了宇宙大庄家——暗能量！


▲暗能量正在让星系彼此远离，空间加速膨胀！
因为暗能量正在出乎意料地改变着宇宙空间的大小，让空间加速膨胀！让星系彼此远离！
这就会引出另一个关键性的变化——宇宙总密度，也会随着改变。
科学家给出了三种可能，宇宙总密度将会导致三种可能的宇宙未来演化——


▲宇宙总密度将会导致三种可能的宇宙未来演化
于是，科学家们建立了三种对应的宇宙未来演化模型——


▲主流的三种宇宙未来演化模型

①宇宙大撕裂

暗能量将会一直主宰下去，导致宇宙膨胀越来越快，越来越大，暗能量的密度甚至远远超过了暗明物质的密度，最终，整个宇宙被自身蕴含的暗能量给彻底撕碎了，大到最大尺度的宇宙长城，中到星系、恒星、黑洞，小到微观世界的原子、质子、中子……统统难逃厄运——总之，宇宙最终死于暗能量的斥力。

②宇宙大坍缩

也许未来，暗能量会由强变弱，宇宙从加速膨胀变成减速膨胀，最终暗能量的斥力被明暗物质的引力作用所取代，宇宙走向收缩，直至大坍缩，就像宇宙大爆炸模型的反演过程，时空大反转！
人类尚且还没搞懂暗能量到底是神马东西的时候，这种演化的可能形也是存在的——总之，宇宙最终死于明暗物质的引力。

③宇宙永恒——精质模型

未来宇宙演化就像被智能调制了一样，在膨胀与收缩之间精确微调，所以，被称为精质模型，借用古代炼金术里第五元素即「精质」的概念，因为它被认为是构成天堂所有完美无缺的物质。
这个精质模型更像是一种宗教图景。


▲暗能量正在主宰宇宙加速膨胀
很显然，领教过暗能量巨大能耐的科学家，绝大多数都认同第一种模型。
因为假定宇宙总质量保持不变，宇宙总体积却在加速膨胀，那么宇宙总密度必将加速变小，低密度宇宙很可能一直膨胀下去。


甚至有科学家已经给出了宇宙末世的倒计时图景——

宇宙大撕裂前10亿年，所有星系都消失在可观测范围内，银河系真的成为宇宙孤岛。 大撕裂前6000万年，银河系被暗能量斥力分化瓦解，所有恒星分崩离析； 大撕裂前3个月，太阳系也被肢解了，太阳、地球、各大行星、小行星、彗星、奥尔特云……无一幸免，宇宙成了原子的宇宙； 大撕裂最后30分钟，微观世界的粒子都在劫难逃，暗能量的斥力甚至会把质子、中子拆分成夸克，宇宙成为夸克、光子、电子的世界…… 宇宙死于终极大撕裂。

这段看起来比科幻还科幻的推论——不幸的是，正在变成现实，因为宇宙好像正朝着这个方向加速。

▲最新结果显示：宇宙整体构成比例：70%暗能量，26%暗物质，4%普通物质。这一结果要比普朗克卫星数据——暗能量比重高，宇宙密度低！
就在8月3日，国际暗能量联盟最新发布了迄今为止最精确的暗物质地图，结果显示：
最新观测的暗能量——要比之前的普朗克卫星观测值要大，比重还要高！宇宙密度更低！


▲从大爆炸到大撕裂演化之路

宇宙似乎在向人类证明，第一种演化之路是对的。
以至于有科学家悲观认为，这是暗能量在给整个宇宙开具死亡证明！



延伸阅读——最新最精确的暗物质地图,到底 藏着什么宇宙级秘密?

zyby

喜欢这种文章，感谢作者

iabajofbwe

请问，我们可以逃出这个宇宙吗

快乐.每一天

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eXyGsLaf

我对此有疑问？人类真的能推演宇宙的走向、变化吗？所谓的大撕裂上升到宇宙宏观尺度是否存在？宇宙自身是否有调节机制？