可以用太阳系来探测暗能量么？

TejUKCJa

每当我们抬头瞥见宇宙的任意一个角落，都会有大量的疑问等待我们去解答，因此我们要学会保持谦卑！——Saul Perlmutter

人类对宇宙的科学认知的最大变革发生在上个世纪末，当我们发现了暗能量的存在之际。在此之前，大爆炸理论（宇宙从炽热致密的奇点爆炸，迅速扩张，随着时间的推移冷却、膨胀）是关于宇宙的终极争论。

相对宇宙膨胀的力量，宇宙中的所有物质和能量产生的强大引力可能会将所有一切拉回到一起。这就可以推测出宇宙最终命运的三种可能性：

引力最终克服膨胀，使得宇宙向膨胀的反方向发展，开始收缩。最终，宇宙将终结于所谓的“大紧缩”。

宇宙的膨胀太过强大，引力的作用只是一场徒劳，永远没法将宇宙拉回原点，宇宙的将无休止地膨胀扩张，不断冷却、冷却、冷却。最终，宇宙将终结于所谓的“大冻结”。

也许宇宙刚好处于一种完美的平衡状态，既不多一个质子也不少一个，恰到好处得令人心醉，宇宙膨胀速度将无限逼近零。最终，宇宙处于一个奇妙的临界状态。

然而，就当我们似乎把宇宙的命运安排得合情合理之际，宇宙又突然给了我们一些惊喜：

我们发现宇宙的膨胀情况并不在以上三种情况之内——宇宙的膨胀曾一度减慢，但后来宇宙中遥远的星系开始加速，逐渐远离我们消逝而去。这种转变发生在大约60亿年前，当时宇宙约78亿岁，这彻底改变了宇宙的命运。

没错，宇宙会终结于“大冻结”，但这要比任何人预测的要来得快。此外，所有遥远的星系、星系团（离我们300万光年的所有一切）已经断绝与我们星系的引力联系，将被暗能量进一步推离我们，这也意味着宇宙的扩张不可阻挡。

但是，暗能量在小规模的、可测量的尺度内会产生什么物理影响呢？如果我们想真正科学地了解一个东西，那就不仅仅是弄明白它在做什么这么简单，我们还要弄明白它背后的原理与机制！我们要知其然，也要知其所以然。暗能量对时空结构会产生影响，虽然这些影响可能是极小且微妙的，但是我们如果给予足够的精度，应该还是能够检测到它们的。

回顾历史，“水星轨道问题”是推动牛顿的万有引力理论发展到爱因斯坦的广义相对论的导火线。我们都知道，如果太阳系只有太阳和水星两个天体，那么水星将会在一个完美的椭圆轨道上运行。但太阳系中还有其他的成员：行星、小行星、卫星、彗星和其他的物质，这使得对水星椭圆轨道产生影响，其绕太阳运行的轨道将随着时间变化而变化。

根据牛顿的万有引力理论计算的水星轨道的变动是每世纪532弧秒，而观测到的变动是每世纪575弧秒，这丢失的43弧秒催生了爱因斯坦相对论的提出，并且得出了一系列的预测。

宇宙常量或空间本身的能量还会导致额外的变动可能就意味着宇宙中暗能量的存在。Hideyoshi Arakida最近的计算结果表明，水星轨道的变动每世纪还会有额外多出0.4弧秒。

虽然这还不是实际可测得的，毕竟这受到我们目前精度的限制，但至少表明在理论上暗能量是可以测量的。随着我们对太阳系的小行星、柯伊伯带、奥尔特云以及所有行星卫星的测绘精度提高以及计算能力的优化，我们就能知道暗能量是否存在于太阳系以及其是否是宇宙常数。

虽然目前还不太实际，但我们利用太阳系本身来探测暗能量，只是技术、决心和时间的问题。

编译/小三

本文选自：今日头条

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蚂蚁观察到世界的一个小小角落就认为那就是全部的世界了