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宇宙为什么在加速膨胀?是因为有一种推动力那就是“暗能量”
一种被称为暗能量的神秘物质构成了宇宙的近四分之三,然而科学家们不仅不确定它是什么,而且也不确定它是如何运作的。那么,科学家是如何知道暗能量的存在的呢?源头又在哪里呢?
先说宇宙在膨胀:
1929年,美国天文学家埃德温·哈勃研究了被称为超新星的爆炸恒星,以确定宇宙正在膨胀。
从此以后,科学家们一直在试图确定宇宙膨胀到底有多快。
我们都知道有种引力的存在,引力-把一切联系在一起的力量-会抑制宇宙的扩张,所以很多人问的问题是,宇宙膨胀有多慢?
在20世纪90年代,两个独立的天体物理学家团队再次把目光转向遥远的地方。超新星计算减速,令他们惊讶的是,他们发现宇宙的膨胀并没有减慢,而是加速了!一定有某种东西在对抗重力,科学家们称它为“暗能量.
通过计算克服重力所需的能量,科学家确定暗能量约占宇宙的68%。
暗物质又占27%,剩下我们熟悉的“正常”物质只占我们周围宇宙的不到5%。
因为我们对暗能量了解特别少: 暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。
它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。
未知的暗能量的性质仍有待进一步研究。
最近的观察表明,暗能量在宇宙的 历史 上一直存在,这提供了一些关于看不见的物质的洞察力。
约二十年前,一项研究表明我们的宇宙正在膨胀,而膨胀的速率不是恒定或减慢,而是在加速。
这项研究在2011年被授予了诺贝尔物理学奖。
学者们认为暗能量的密度可能是一种宇宙常量,而真空则提供了宇宙膨胀的动力。
然而,主流理论认为暗能量是空间的属性。
爱因斯坦是第一个明白空间不仅仅是空的。
他还了解到,更多的空间可以继续存在。
在他的理论中广义相对论,爱因斯坦包括宇宙学常数来解释科学家认为存在静止的宇宙。
哈勃宣布宇宙膨胀后,爱因斯坦称他的常数为“最大的错误”。
但爱因斯坦的错误可能是最佳配合暗能量。
预测空间可以有自己的能量,常数表明,随着空间的增加,宇宙将增加更多的能量,从而增加宇宙的膨胀。
虽然宇宙学常数与观测结果相吻合,但科学家们仍然不确定为什么会这样?
暗能量与暗物质
暗能量占宇宙的绝大部分,但是暗物质也涵盖了相当大的一部分。
暗物质约占宇宙的27%,占物质的80%,暗物质也起主导作用。
就像暗能量一样,暗物质继续困扰着科学家。
虽然暗能量是解释宇宙膨胀的一种力量,但暗物质解释了物体群是如何一起工作的。
暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分 。
暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中27%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。
暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。
在20世纪50年代,研究其他星系的科学家根据星系内部物体的分布,预计引力会使中心旋转得比外部边缘更快。
令他们惊讶的是,这两个区域的旋转速度是一样的,这表明螺旋星系的质量比表面看起来要大得多。
对椭圆星系内部的气体和星系团的研究表明,这种隐藏的物质散布在整个宇宙。
宇宙在膨胀过程中单位能量减小,是否代表我们的宇宙高能量物质制取越来越困难?
宇宙膨胀过程中,单位体积的宇宙质能密度就会减小,但是这和我们宇宙得到高能量没有绝对关系,量子真空中存在所谓的量子真空能,这种能量是绝不会消失的,只要技术达到可以利用这类能量的程度那么能量就可以说是无穷无尽。至于宇宙年龄测定不是那么简答的事,宇宙膨胀不是匀速的,一开始宇宙质能密度较大,引力大于暗能量斥力,宇宙的膨胀是减速的,但是后来随着膨胀,宇宙质能密度降低,但是暗能量密度不变,那么暗能量的斥力大于了宇宙质能产生的引力,所以现在宇宙是加速膨胀,这个不匀速的宇宙膨胀速度为宇宙年龄测量造成了很大困难,,所以只靠测量现在宇宙的质能密度是远远不能得到宇宙年龄的,需要别的观察同时进行,比如观察不同时期的超新星爆发就是一种方式
宇宙加速膨胀暗能量主控
随着宇宙的膨胀,暗物质的密度相对于暗能量的密度降低得更快。
最终,暗能量将占据主导地位。
具体而言,假设宇宙体积翻倍,暗物质密度将减半,而暗能量密度则大致保持不变。
在宇宙常数模型中,暗能量已经在控制物质的质能(包括暗能量),且宇宙膨胀率与时间呈指数关系。
按照这个模型,在未来,宇宙膨胀的尺度因子翻倍所需的时间约为114亿年。
暗能量成为宇宙主导因素的进程,可以视为宇宙膨胀的加速现象。
随着宇宙膨胀,暗物质的密度逐渐减小,而暗能量的密度保持稳定。
在宇宙常数模型中,暗能量不仅主导了物质的总能量,还推动了宇宙的加速膨胀。
这一过程的进行速度,可以用膨胀的尺度因子翻倍所需的时间来衡量,即114亿年。
宇宙膨胀的加速现象,表明暗能量在宇宙中扮演着重要角色。
它不仅决定了物质的分布,还控制了宇宙膨胀的速率。
随着宇宙的进一步膨胀,暗能量的影响将会更加显著。
这一过程的加速,使得宇宙在未来的某个时刻,将完全由暗能量主导。
暗能量主控宇宙膨胀的过程,展示了宇宙演化中复杂而奇妙的现象。
在这一过程中,暗能量的稳定性质和它对宇宙膨胀的推动作用,构成了宇宙加速膨胀的关键因素。
随着我们对宇宙的了解不断深入,暗能量的性质和它在宇宙中的作用,将会为我们揭示更多宇宙的秘密。
暗能量的主导地位,预示着宇宙未来的趋势和命运。
随着宇宙膨胀的加速,暗能量将成为宇宙演化中的主导力量,影响宇宙的结构、性质和最终的结局。
这一过程的加速,为我们提供了一个了解宇宙深层次规律的窗口,促使我们深入探索暗能量的本质,以及它如何塑造了我们所知的宇宙。
概论
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