暗能量是当今科学界最大的谜团之一。
人类对它所知甚少,它虽然看不见,却充满了整个宇宙,并且使星系彼此远离,使我们的宇宙加速膨胀。 “暗能量”就是造成宇宙加速膨胀的幕后推手,支配着宇宙的终极命运。
但究竟什么是暗能量?
一个最简单的解释是,它是一个“宇宙常数”——一个由爱因斯坦提出的概念,它是真空空间自身能量的结果。
然而,许多物理学家对这种解释并不满意,他们想要对其本质有一个更基本的描述。是某种新型的能量场还是外来的流体?或者这是爱因斯坦的重力方程不完整的标志? 又或许宇宙中存着一种微弱且长程的第五种基本力,它会抵消掉一点引力的作用。当然,也有一些物理学家认为根本不存在暗能量,只是现有的引力理论需要得到修正。但更重要的是,我们并不真正了解宇宙目前的膨胀速度。
目前,科学家能感受到暗能量存在的唯一途径是通过对遥远宇宙的观测。星系越远,在我们看来就越年轻。这是因为它们发出的光需要数百万年甚至数十亿年才能到达我们的望远镜。多亏了时间机器,科学家可以在不同的宇宙时间测量不同的空间距离,帮助人类了解宇宙膨胀的速度。
在过去的二十年里,天文学家使用斯隆数字巡天望远镜测量了超过200万个星系和类星体——它们极其明亮,距离遥远,通常由黑洞提供能量。最近,科学家通过扩展子重振荡光谱调查(eBOSS)取得的一些进展,已经找到一些关于宇宙的终极答案,描述了有史以来最大的三维宇宙星图。这张新的地图覆盖了大约110亿年的宇宙历史,这些历史基本上是以前未被探索的,它让给人类重新认识到前所未见的暗能量。
研究结果显示,宇宙中69%的能量是暗能量,科学家最新的的观测结果与宇宙常数一致,再次证明爱因斯坦最简单的暗能量形式——宇宙常数的正确性。
当将科学家将三维宇宙星图上的信息与其他宇宙探测器结果相结合时,比如宇宙微波背景——大爆炸留下的光——它们似乎都更倾向于宇宙常数而不是更奇特的暗能量解释。
通过对宇宙初期的观察和研究,科学家对于宇宙膨胀速率和空间几何的描述出现了分歧。特别是,科学家对宇宙当前膨胀速率的测量,比直接测量临近星系的距离所得到的值低10%左右。这两种方法都声称他们的结果是正确和非常精确的,所以他们的差异不可能仅仅是统计上的误差。
对于这种差异,没有普遍接受的解释。可能有人在这些研究中犯了一个难以察觉的错误,也可能是人类需要新的物理学来解释这些差异。
还有一种令人兴奋的可能性是,存在一种来自早期宇宙的未知物质可能作用与宇宙演化,这被称为“早期暗能量”,被认为存在于宇宙年轻的时候,它可能改变了宇宙的膨胀速率。
最近一些科学家对宇宙微波背景的研究表明,空间的几何形状可能是弯曲的,而不是简单的平面的——这与最被接受的大爆炸理论是一致的。但是扩展子重振荡光谱调查的研究结果加剧了这种差异,科学家通过它得出的结论是,空间确实是平的。
要想解决这些差异,只有一条路可走,那就是绘制更大、更详细的三维宇宙星图。最新测绘的宇宙星图是人类第一次探索宇宙110亿年历史上缺失的空白,那么新一代的望远镜将会制作出同一时期的高分辨率宇宙星图。科学家预计在未来十年左右的时间里,可能会解开宇宙膨胀的谜团。
但是如今,宇宙膨胀速率值究竟是多少?从表面上看简单的暗能量存在与否,到底是什么?宇宙空间的到底平坦还是弯曲? 科学家仍无法解答。
宇宙,依旧保持着它的美丽而又神秘样子。
——全文完——