新的研究表明,宇宙的暗能量可能在过去发生了变化。
据新浪科技(任天):目前最流行的宇宙学模型认为,在宇宙加速膨胀的背后,有一种现象我们称之为 暗能量。神秘的力量,而这种难以察觉的能量形式是不变的。然而,根据一项新的研究,暗能量完全有可能在过去发生了变化。参与这项研究的科学家提出,这些变化可能导致宇宙中充满了我们每天看到的常规物质。从现在观察到的情况来看,宇宙中发生了一些奇怪的事情:它在膨胀,但也充满了物质。随着时间的推移,所有这些物质的引力应该会减缓宇宙的膨胀。然而,宇宙的膨胀并不是减慢甚至保持不变的速率,而是越来越快地膨胀。
暗能量如何塑造我们的宇宙?
每天,我们的宇宙都在变得更大更快。宇宙学家称导致这种加速膨胀的能量形式为 暗能量。部分原因是我们根本不知道它是什么,它从哪里来,未来会发生什么。我们所知道的是,暗能量从大约50亿年前就已经存在,并持续至今。
我们也知道在这50亿年里,暗能量 实力 (以其密度衡量)保持相当稳定。暗能量似乎不会随着时间变弱或变强,这使它成为一个普遍常数。然而,早期的宇宙非常奇怪,很久以前可能发生了更奇怪的事情。如果这些事情真的发生了,它们可能会对宇宙的剩余历史产生巨大的影响。
虽然我们几乎不知道暗能量的性质或成因,但我们知道暗能量除了加速宇宙膨胀之外没有其他用途。这是因为,从宇宙学的角度来看,今天的宇宙处于一种古老、寒冷、近乎死亡的状态。
这种普遍的寂静意味着宇宙中没有足够的能量(暗能量或其他)。如果暗能量发生了什么特别的事情,比如随时间变化,不会有很大的影响,因为它已经很弱了。是的,暗能量正在加速宇宙的膨胀,但效果非常轻微。这就是为什么科学家花了这么长时间来确定它的影响。这个特征不仅限制了暗能量对宇宙的影响,也限制了我们对它的认识;对于宇宙学家来说,可以测量的暗能量效应并不多。相比之下,早期宇宙温度更高、密度更大、更致密,尤其是能量更丰富。
虽然大约50亿年前宇宙中就出现了暗能量,但这不一定是它的第一次出现。暗能量可能存在于年轻的宇宙中,推动宇宙发生各种有趣的变化,然后暂时消失在背景中。最近,一群理论物理学家正在思考这样的早期暗能量可能会做什么。他们在2019年11月的一篇论文中报告了研究结果,并将其上传到预印本服务器arXiv.org。
研究人员发现,暗能量的短暂波动可能会使夸克、胶子和轻子等奇怪的粒子充满早期宇宙,并最终凝聚成我们今天所知的原子。
根据这些研究人员的说法,这种变化一定发生在宇宙膨胀之后,当时宇宙在很短的时间内变得非常大。暴胀后整个宇宙差不多空;膨胀之前的所有物质都像风中的灰尘一样被吹走了。在那之后,一定会有事情发生。再热 宇宙,正如我们常说的 大爆炸 给宇宙带来新一轮的粒子。
大多数理论物理学家认为,无论是什么原因导致了宇宙的膨胀,它也必须有一个重新加热的过程。但这项新的研究表明,早期的暗能量可能是通过失去自身的能量而产生了大量的粒子。这是一个有趣的说法,但研究人员的假设仍然必须与之前的观察一致,这些观察巩固了我们对大爆炸和宇宙膨胀的理解。如果暗能量是宇宙再热的原因,那么我们应该会在宇宙微波背景的标准图像模型中看到微妙的变化,进而影响现代宇宙中星系的模式。
到目前为止,宇宙再加热的新模型与目前所有的观测结果一致,甚至比传统的宇宙膨胀理论更合理。然而,我们没有足够的信息来判断这是否只是一个统计上的巧合。新一代天体物理学工具,如NASA 空的宽视场红外巡天望远镜(WFIRST),可能有助于科学家更好地了解暗能量及其在早期宇宙和当今宇宙中的作用。
暗能量及其存在的证据
根据目前的观测数据,科学家估计宇宙中70%的能量由暗能量提供,约25%由暗物质提供,而我们日常看到的普通物质只提供了5%。目前我们对暗能量的本质知之甚少,只知道它有很强的负压,几乎是光滑的(即不凝聚)。暗能量更多的性质是用它的压强与能量密度的比值来描述的,也就是物态方程的参数。
暗物质的性质决定了宇宙的命运。真理的能量空本身叫做 true空energy ;如果是真的空能量导致宇宙加速膨胀,那就意味着宇宙会永远膨胀下去,宇宙中的物质和能量会越来越稀薄,星系相互远离的速度会越来越快,再也不会形成新的结构。如果导致今天宇宙加速膨胀的暗能量是动态的,那么宇宙的未来将由暗能量场的动态决定。它可能永远加速膨胀,也可能重新进入减速膨胀的状态,甚至收缩。
从天文观测数据中了解暗能量状态方程随时间的演化历史,对于探索暗能量非常重要。这也是许多大型巡天项目最重要的科学目标之一。2017年,全球最大的星系巡天机构eBOSS国际科技计划合作组织利用宇宙深处的类星体观测到显著的重子声波振荡信号,成为证明暗能量存在的又一独立证据,再次证明宇宙正在加速膨胀。