使宇宙膨胀,还渐渐孤立地球!占宇宙95%的暗能量本事有多大?
奇趣魅丽坊
2023-09-21 08:58:26
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原标题:使宇宙膨胀,还渐渐孤立地球!占宇宙95%的暗能量本事有多大?

你知道宇宙在膨胀变大吗?在过去,许多科学家们都认为宇宙的范围是固定不变的,只是我们的认知没有达到这个边界而已。但随着对于宇宙、天体和星系的研究越来越深入,科学家们发现,原来宇宙是真的在膨胀。而且是以比光速更快的速度在膨胀。

膨胀的宇宙,被孤立的地球

宇宙在膨胀的观点与目前最为人们广为接受的一种说法相关:宇宙来源于一场大爆炸,也就是The Big Bang(大爆炸宇宙论)。这个假说的基础最开始来源于一位名不见经传的美国科学家维斯托·斯莱福在20世纪10年代的一次遥远星系观测。他发现这些远星球的天体发出的光不是固定的,会有偏移。

比如说,它们离地球越来越近的话,发出的光波长就会被压缩,向光谱上的蓝区移动;相反,要是离地球越来越远的话,光波长就会变长,向光谱上的红区移动。而斯莱福在这些观测中发现,15个星系中起码有12个都在向红区移动,也就是说,它们都正在远离地球

到了1922年,著名的美国天文学家爱德文·哈勃在斯莱福的基础上进行了进一步的细致研究。从测量其中的造父变星(光度有周期性变化的恒星,可以用来测量宇宙中天体的距离)的亮度,得出了它们所在星系与地球的距离,并提出了著名的哈勃定律:来自遥远星系光线的红移与他们的距离成正比——离得越远,红移越长,也就是离地球越远,移动速度越快。哈勃的这一发现,证明了遥远星系真的是在远离地球,但同时,本身离地球近的星系却又在靠近我们。

如果要将其进行一个类似的比喻的话,可以比作是在吹气球一样。随着气球被越吹越大,气球表面就出现不断扩张的情况,每一个独立的点与气球口的距离就会随之越来越远(如果将气球口看作是地球的话)。而如今的宇宙就如同这一个正在不断被吹胀的气球。

哈勃的进一步证明不仅支持了斯莱福的研究理论,也反驳了爱因斯坦支撑关于宇宙是固定不变这一观点的“宇宙常数方程式”理论。

那宇宙为何会出现膨胀呢?宇宙膨胀的动力来源于何处呢?以比利时天文学家和宇宙学家勒梅特为主的流派认为,宇宙是一个致密炽热的奇点在137亿年前大爆炸后膨胀形成的。宇宙的膨胀动力来源就是这场大爆炸。

其中的这个致密、炽热和奇点都非常有意思:致密的意思就是密度极大,甚至可以是无限大;炽热就代表温度极高、无限高;而奇点在物理学与宇宙学中的概念就差不多是起点,它所在的地方时空曲率无限地大,熵值无限低趋近于零。

137亿年前的突然有一天,这个奇点爆炸了,它像存在于四处且无处不在一样,向周围都迸发出来,能量散向四周,凝结成物质,以电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。

然后宇宙在爆炸之后开始加速膨胀,随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙。时间、空间、物质、暗物质、能量等等都因此而诞生。

诞生之后,宇宙就开始稍微“消停”会儿了吗?那自然是没有。并且随着天文学家与宇宙学家们对宇宙的了解更加深入,他们发现,似乎存在着一股神秘的力量在推动宇宙加速膨胀,像一双无形的大手推着遥远星系远离地球、孤立地球

而那股神秘的力量原本还只是一个假想,直到在1998年,美国科学家索尔·珀尔马特、亚当·盖伊·里斯与澳大利亚科学家布莱恩·保罗·施密特领导的两个研究小组,几乎是同时在超新星观测中发现了推动宇宙加速膨胀的能量存在的证据——也就是存在所谓的“暗能量”。他们也因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖。

·2011年诺贝尔物理学奖三位得主(珀尔马特、施密特、里斯)

在暗能量的作用下,宇宙就像从气球口被不断吹气的气球一样,加速驱动膨胀,将遥远星系推离地球,只留下它孤零零的一个球。说不准之后《流浪地球》系列电影会出现一部“留守儿童——地球”了。

能撕碎银河系未来的暗能量

暗能量?暗物质?傻傻分不清楚?

宇宙何其浩渺壮观,就我们所知的,宇宙之中就有着行星、恆星、星系、星系际空间等等组成部分。然而就这,也就不过才组成了宇宙的十之一二而已,在这些之外更广阔的宇宙之内是摸不着也看不见的“未知”。在许多宇宙学家看来,主要构成这“未知”部分的就是暗物质与暗能量。

虽然暗物质与暗能量都带一个暗字,但这个暗可不是黑暗或者颜色暗淡的意思,而是它们几乎不参与电磁相互作用。不参与电磁作用,也就意味着通过任何形式的电磁波都无法被探测到。而且这二者也不是一种东西,不存在什么范畴上的包含关系,甚至二者的作用与表现都完全相反。

暗物质是相对于可见的明物质而言的,它无法被探测到,但又不能否认其存在。暗物质带有强烈的吸引力,能把宇宙中的物质紧紧束缚到一起,最能证明其存在的就是「星系自转问题」和「引力透镜效应」。

其中「星系自转问题」上,正是因为暗物质具备吸引力,所以才能将绕着太阳跑的行星们都稳稳地固定在太阳系里。不然的话,就怕转着转着,这些远离星系中心的恒星速度一加大就直接将自己给甩出去了。

而「引力透镜效应」则是更有意思。众所周知,爱因斯坦提出了广义相对论。他认为,由于有物质的存在,空间和时间(时空)会发生弯曲。但是这个弯曲是相对的,并不是实际上的。而引力透镜效应就是基于这个理论之上,光线走过弯曲的时空,它的传播路径也就随之弯曲,就像筷子插入水中会变弯的折射现象一样。

那些看不见、摸不着也探测不到的暗物质却会散发出“吸引力”,对引力透镜产生微弱但一定存在的信号。在引力透镜下,再“暗”的物质都能无所遁形地被发现。

相较于暗物质,暗能量则是要更“大牌”、更有“势力”一些了。

毕竟宇宙总质能中,约68.3%是暗能量,约26.8%是暗物质,而我们熟悉的恒星、行星、星云、星系等普通物质还占不到甚至5%。

与暗物质向内吸引相反,暗能量主要起的是排斥作用,向外排斥,驱动着宇宙膨胀不断加速,直至爆炸、撕裂。但是暗能量并非是一种真正的斥力,而只是一种拥有能量的物理存在,对宇宙的加速膨胀起着正面影响作用。

就像物理学上的加速度一样,物体从高空掉落速度并不是均衡不变的,而是逐渐变化,也就是加速度的存在所导致的。而暗能量也正是因为其由具有很强负压的物质所主导,所以才使得宇宙中的总压强为负值,整个宇宙呈现加速膨胀的状态。

但是,宇宙中既存在带有吸引力的暗物质,又存在带有排斥力的暗能量,那不是一种在“对峙”中吗?是的,因为暗物质与暗能量,整个宇宙就像是处于一场吸引与排斥的“拉锯战”一样。简单来说,吸引会导致出现宇宙的坍缩;而排斥则会导致宇宙的膨胀。如同我们前文所说,当前宇宙中暗能量占有近70%的比例,所以它的胜算极其的大。

而一旦暗能量获胜,那宇宙就会无限地膨胀下去,宇宙中的一切物质和能量就会无限制地撕裂下去,被稀释、被变得越来越薄,星系之间也会隔得越来越远。

但是就目前的研究手段与技术而言,人们对暗能量的一切其实仍然处于一无所知的状态。或者说,人们仍处在借助暗物质来相对应地了解暗能量的阶段:暗物质反对的、不能做的,暗能量都支持,都允许。所以研究暗能量对于当下的宇宙学与天文学来说至关重要,因为暗能量的存在直接决定了宇宙今后的命运,也有地球与人类的命运。

宇宙的命运

“有人说世界将终结于熊熊烈火,有人说它将终结于凛凛寒冰……”宇宙的最终宿命将何去何从?这个话题格外的宏大,宏大到光是讨论都有一种芸芸众生不过如此的渺小感。而真正能够影响宇宙命运的正是暗物质与暗能量“二暗”之间的这场争夺战。

如果暗能量“众不敌寡”,暗物质获胜,那地球很有可能会因为内向吸引力而挤压成一个奇点。就像我们在“宇宙大爆炸”学说中所提到的奇点一样,成为新的宇宙大爆炸的“起点”。从挤压到爆炸,地球就像经历了一次大反弹。而在此基础上,有科学家认为,这或许就是地球其实一直都在“大挤压——大爆炸”这样的回环往复中演化。一切从头再来,世界万物归一。

而如果是暗能量获得压倒性的胜利的话,那宇宙除了会出现我们上文中提到的“无限膨胀、撕裂”下去的后果外,还会出现另一种“各自为政”的情况。也就是说可能会出现总体范围内暗能量势力更强悍,但局部区域暗能量与暗物质互相牵制或者此消彼长的情况。要真出现这种局面的话,那宇宙中被孤立的可能就不止地球了。搞不好会出现“三五成群”但挨得又没那么近的宇宙物质小团体,“互相取暖”。

但事实上,天体学也好、宇宙学也罢,人类现在对宇宙的认识还实在太浅太薄,一切都是为了更好论证而预先准备的最理想假设罢了。我们不知道暗物质真面目究竟何样,我们也不知道暗能量是什么运行机制。就像亚里士多德设想的物质以太一样,或许多年之后理论是错误的、广义相对论也需要大尺度修正,宇宙的面纱下是另一幅迷人面孔。但仍不否认的是,宇宙的美妙也正是如此:假设,然后在证明假设中领略美好。

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