什么是暗能量 (什么是暗能量和暗物质)

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• 什么是暗能量？
• 我们能看到来自地球的暗能量吗？
• 什么是暗能源？

什么是暗能量？

暗能量是一种神秘的现象，它与引力相反，并负责加速宇宙的膨胀。

尽管暗能量占宇宙质量能量的四分之三，但它的基本性质仍然无法为物理学家所理解。

暗能量与暗物质没有真正的联系，除了共享“暗”这个词，这就意味着科学家们并不真正知道这些东西是什么。

宇宙膨胀的认识可以追溯到美国天文学家Edwin Hubble，他在1929年注意到，根据哈勃太空望远镜网站，星系离地球越远，离我们越远。

这并不意味着我们的星球是宇宙的中心，而是说宇宙中的一切都在以恒定的速度远离其他一切。

在哈勃望远镜被发现近60年后，科学家们又一次惊人的发现。

长期以来，研究人员一直试图通过观察遥远恒星的光线来精确测量宇宙距离。

上世纪90年代末，两个独立的研究小组在研究了遥远的超新星之后发现，恒星爆炸的光线比预期的要暗。

这表明宇宙不仅在膨胀，而且在加速膨胀。

这一发现让物理学家们从此刮目相看，也为其发现者赢得了2011年的诺贝尔物理学奖。

另一个想法假设暗能量是一个附加的基本力，与四个已知的力（重力，电磁，以及强弱核力）。

但这一猜想并不能解释为什么人类在日常生活中没有注意到这种额外的力量。

因此，理论家们也建立了创造性的模型，认为这种神秘的力量是以某种方式隐藏起来的。

暗能量的测量值目前是物理学中敌对派别之间激烈争论的主题。

一些研究人员利用宇宙微波背景（宇宙大爆炸的微弱回声）测量了暗能量的功率，并得出了一个估计值。

但是其他天文学家利用遥远宇宙物体的光测量了暗能量的强度，却得出了不同的值，至今没有人能够解释这种差异。

一些专家认为暗能量的能量随着时间的推移而变化，尽管这个想法的支持者还没有说服他们的大多数同龄人对此的解释。

附加资源：

我们能看到来自地球的暗能量吗？

尽管经过了二十年的研究，暗能量的真实本质仍然无法让我们理解。

令人沮丧的是，大多数解释暗能量的尝试都没有通过极其严格的粒子物理测试。

但新的研究表明，一种假设形式的暗能量可能在太阳内部产生，并在地球上被探测到。

事实上，我们可能已经看到了。

黑暗中的秘密。

1997年，天文学家发现宇宙正在加速膨胀，这让他们自己和世界都大吃一惊。

他们给这种加速膨胀起了一个很酷的名字--暗能量--因为他们不知道是什么导致了这种奇怪的宇宙学效应。

对暗能量最简单的解释是，它是一个“宇宙常数”，这是爱因斯坦广义相对论中的一个额外数字。

换句话说，在这个观点中，宇宙的膨胀加速是因为…。

宇宙的膨胀在加速--这并不完全是一个令人满意的解释。

物理学家试图将这个宇宙常数与整个时空中发现的量子真空能量联系起来，但他们的计算估计加速膨胀的强度大约大了120个数量级。

因此，或许暗能量并没有直接嵌入时空本身。

也许宇宙中有某种新的力、场或粒子在起作用--粒子物理的标准模型以前不知道的东西。

这个实体可以解释加速扩张，但理论模型在这里也会遇到问题。

问题是，一旦你把一个新的力、场或粒子引入到宇宙成分的混合物中，这个力、场或粒子就会开始与物理上已知的所有其他力、场和粒子相互作用。

由于我们在任何高能(更不用说低能)物理实验中都没有发现任何新的物理迹象，这似乎不是一个可行的选择。

在屏幕后面。

也许暗能量还有另一个诀窍在它的袖子里。

也许有一些实体产生了大宇宙尺度的加速膨胀，而这个实体中的某些东西屏蔽了它与太阳系小尺度的已知物理的相互作用。

这有点牵强，但由于我们不知道是什么产生了暗能量，这是值得研究的。

但是，我们如何在我们的实验中找到一些被设计成对我们的实验隐藏的东西呢？ 一些理论家提出暗能量可能是由某种新粒子引起的。

这种假设的粒子不会与标准模型中的其他粒子(如电子和顶夸克)相互作用，因为它会在太阳中心大量产生，那里的密度和温度足够高，足以发生暗能量和标准模型之间的相互作用。

太阳内部暗能量粒子的产生会破坏太阳的热平衡，改变太阳的光输出、温度和寿命。

根据这些理论，因为太阳的行为完全符合我们对标准模型的期望，它不可能在其核心产生暗能量粒子。

但最近发表在预印数据库上的一篇论文提出了另一种可能性：也许暗能量并不直接与任何标准模型粒子相连，但确实与光子相连。

在太阳深处，有一个被称为塔可跃层的区域，那里的太阳磁场非常强。

磁场由光子携带，因此在角跃层中产生数以吨计的光子。

如果暗能量以某种方式与光子相连，那么这里也可能产生暗能量粒子。

现在你看到了吧。

其结果是，太阳可能确实有一种方式可以吐出暗能量粒子。

然后，这些暗能量粒子会射入太阳的其余部分，穿过空旷的空间，现在就会流经你的身体。

宇宙中现在可能有另一个实体正在默默地流经你：暗物质。

暗物质是一种无形的物质形式，占宇宙质量的80%以上。

就像这种假设的暗能量形式一样，暗物质很可能是由粒子物理标准模型目前未知的粒子组成，并在宇宙中流动。

而且它也是完全神秘的。

分散在地球上的几个实验正在寻找难以捉摸的暗物质粒子，科学家们希望能一窥这种极其罕见的相互作用。

最近，其中一项名为XENON1T的实验目睹了一个它无法完全解释的信号--这是这种探测的第一个轻微迹象。

根据最新的研究，实验检测到的可能不是暗物质，而是暗能量。

这不是一个很强的探测，也远不能确认暗能量的性质。

但暗示就是暗示。

自最初发现暗能量以来，已经过去了二十多年，理论和实验都没有取得太大进展。

科学家们希望，未来的暗物质探测实验，如XENONnT和PandaX-4T，将提供更多数据，最终让我们第一次瞥见黑暗宇宙。

作者：保罗·萨特

什么是暗能源？

宇宙学中，暗能量是某些人的猜想，指一种充溢空间的、具有负压强的能量。

按照相对论，这种负压强在长距离类似于一种反引力。

如今，这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最流行的方案。

暗能量主要有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和quintessence（即一个能量密度随时空变化的动力学场）。

区分这两种可能需要对宇宙膨胀的高精度测量和对膨胀速度随时间变化更深入的理解。

因为宇宙膨胀速度由宇宙学物态方程来描写，所以测量暗物质的物态方程是当今观测宇宙学的最主要问题之一。

暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来推动的。

之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。

暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。

支持暗能量的主要证据有两个。

一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。

按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的暗能量。

另一个证据来自于近年对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。

我们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。

这一短缺的物质称为暗能量，其基本特征是具有负压，在宇宙空间中几乎均匀分布或完全不结团。

最近WMAP数据显示，暗能量在宇宙中占总物质的73％。

值得注意的是，对于通常的能量（辐射）、重子和冷暗物质，压强都是非负的，所以必定存在着一种未知的负压物质主导今天的宇宙。

宇宙的运动都是旋涡型的，所以暗能量总是以一种旋涡运动的形式出现。

所以，在暗能量的旋转范围内能形成一种旋涡场,我们称之为暗能量旋涡场，简称为旋涡场。

我们用En来表示太阳系的暗能量，用Ep来表示物质绕太阳系中心运动的总动能。

当En=Ep时，太阳系旋涡场处于平衡状态，它既不会膨胀也不会收缩。

但当En衰退时，太阳系旋涡场就会收缩，太阳系中所有的行星就会向太阳靠近。

要提及暗能量，我们不得不先提及另外一个和它密切相关的概念——暗物质，之所以将其称之为暗物质而不是物质就是因为它与一般的普通物质有着根本性的区别。

普通物质就是那些在一般情况下能用眼睛或借助工具看的见、摸得着的东西，小到原子、大到宇宙星体，近到身边的各种物体远到宇宙深处的各种星系。

普通物质总是能与光或者部分波发生相互作用或者在一定的条件下自身就能发光、或者折射光线，从而被人们可以感知、看见、摸到或者借助仪器可以测量得到，但是暗物质恰恰相反，它根本不与光发生作用更不会发光，因为不发光又与光不发生任何作用，所以不会反射、折散或散射光即对各种波和光它们都是百分之百的透明体！所以在天文上用光的手段绝对看不到暗物质，不管是电磁波、无线电还是红外射线、伽马射线、X射线这些统统都毫无用处，故尔不被人们的感知所感觉也不被目前的仪器所观测，故此为了区分普通物质和这种特殊的物质而将这种特殊的物质称之为“暗物质”。

什么是暗能量