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暗能量将决定宇宙的尽头 不会令人愉快

2021-10-10 11:38:52 互联网 来源:
导读 暗能量无疑是宇宙中最奇怪的东西。虽然暗能量存在于宇宙的每一个角落,并主导着它的演化,但它远远超出了我们现有的最好的物理理论。我们仍

暗能量无疑是宇宙中最奇怪的东西。虽然暗能量存在于宇宙的每一个角落,并主导着它的演化,但它远远超出了我们现有的最好的物理理论。我们仍然试图找出它是宇宙中的某种东西还是宇宙本身的基本属性。

多了解一些会很好,因为如果你在足够长的时间尺度上向前看,暗能量几乎肯定会毁灭宇宙和宇宙中的一切。

这是暗能量工作原理的类比。想象你把一个棒球扔向空中。在我们不断膨胀的宇宙中,棒球和地球站在一起,把星系彼此分开,你的投掷就是大爆炸造成的膨胀。

现在,因为棒球和地球都有质量,不管你怎么努力,重力都想把它们拉回来。即使你有一只非常好的手臂,把球扔向地球的速度足够快,重力也会在一定程度上减缓球的速度。也许球会掉下来;也许它将永远穿越太空。但它不会做的是突然加速并射向天空,忽略了最真实意义上的重力。

但这就是宇宙在做的事情。在大约50亿年前的大爆炸之后,经过漫长而合理的减速,宇宙的膨胀开始莫名其妙地加速。不管是什么原因造成的,我们称之为“暗能量”。

暗能量中的“黑暗”只是指我们看不到暗能量,不知道它实际是什么。但也可能是关于它对宇宙的影响。

膨胀加速的宇宙是星系无情分散的宇宙。总的来说,空间变得更暗、更空、更冷,缺乏相互作用使得银河系的新星燃料供应稀缺。恒星死亡,物质衰变,最终宇宙没有结构,只有少量的辐射漫无目的地穿过缝隙。

这种相当凄凉和孤独的结局叫做热死。但情况可能更糟。更糟。

暗能量的标准解释是宇宙常数——这一观点最早是由爱因斯坦在1917年提出的,作为他的引力方程中的一个附加项,用来解释为什么宇宙似乎是静止的,而不是自行坍缩。当膨胀在不久的将来被发现时,宇宙常数被抛弃了,但几十年后才再次被拖出来,成为加速膨胀的罪魁祸首。

宇宙学常数至少与任何其他解释一致,但从理论角度来看,这是一个烂摊子。它代表真空能量——空无一物的空间中固有的最小能量,无论宇宙膨胀多少,它的密度都保持不变——但它的大小是错误的。

从粒子物理理论中我们能做的最好的理论计算表明,真空能量至少应该强120个数量级。我们知道真空能量的量子力学版本必须存在,因为它是通过实验检测到的,这导致微小的金属板通过一种叫做卡西米尔效应的现象非常轻微地移动。然而,如果宇宙常数足够强大,足以融合整个理论故事,它不仅会随着时间的推移慢慢孤立星系。它会猛烈地撕裂宇宙中所有的结构。

所以我们留下了一个问题。在某些方面,解释一个没有宇宙常数的宇宙会比解释一个奇怪的小宇宙更容易。并解释了暗能量根本不涉及爱因斯坦。其中一些允许暗能量密度随时间变化。

事实上,最近一些从非常遥远的爆炸恒星和超大质量黑洞推断出的宇宙膨胀的观测结果支持了这一观点。

不幸的是,“动态”暗能量也伴随着自身的问题。如果暗能量随着时间变得更强大,正如一些观察所暗示的那样,它也可以分离宇宙。

所以也许我们应该寄希望于热的死亡,这样我们才能温柔地度过那个美好的夜晚。至少它可能会提醒我们花一点时间欣赏我们周围美丽的宇宙,而我们仍然可以。


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