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难以置信的宇宙暗能量:它的来源未知,位置未知,物理性质未知

2021-3-5 34 3/5

哈佛大学博士亚当·里斯,2011年诺贝尔物理学奖获得者,在一次采访中发表了对于暗能量的看法。他认为暗能量非常奇怪,而且之所以没有被注意到是有道理的,因为我们并不真正知道暗能量是什么。暗能量似乎强大到足以推动整个宇宙,但它的来源未知,位置未知,其物理学性质目前也不可确定。

物理学家发现,在过去70亿年左右的时间里,星系的扩张一直在加速。只有当某些东西在推动星系,为它们增加能量时,星系扩张才有可能实现。科学家们称这种东西为“暗能量”,一种真实存在但无法被探测到的力量。

关于加速宇宙膨胀机制,最具思辩性的观点之一是物理学上称之为“精质-第五元素”(quintessence)的观点,它是渗透宇宙的希格斯场(Higgs field)的一个相关概念。希格斯场是一种假定遍布于全宇宙的量子场,而这里谈到的“精质”是一种假设的暗能量形式,更准确地说是一个标量场,它对观测到的宇宙加速膨胀的提出了一种假说。

这一概念进一步扩展到更普遍的时变暗能量类型,一些物理学家提出它是第五种基本力。精质不同于暗能量的宇宙常数解释,因为它是动态的 也就是说,它随着时间的推移而变化,并不像宇宙学常数不会改变。根据其动能和势能的比值,“精质”可以是吸引的,也可以是排斥的。那些采纳这个观点的人相信“精质”在大约100亿年前开始变得排斥,这时候宇宙大爆炸大约过去了35亿年左右。

美国科学杂志Nautil.us的天体物理学家凯勒·沙佛猜测,也许50亿年前某种智慧生命找到了激活磁场的方法。但是要真正回答究竟是怎么回事,天体物理学们也表示会很为难,Caleb
Scharf认为关于“精质”的想法令人值得思考,它与1979年宇宙学家弗里曼·戴森1979年发表的著名论文《时间没有尽头》中的一些想法相呼应。该论文中展望了遥远的未来,在一个不需要进化成永久静止状态的开放宇宙中,生命在天体物理尺度上行动的能力,在那里生命和沟通可以永远持续下去。

当我们开始认为生命可以成为解决宇宙神秘问题的一部分时,事情就变得非常有趣而且可能超出想象,凯勒·沙佛对此总结说,虽然暗物质生命是一个相当奇特的概念,但我们仍然可以想象出它们是什么,甚至有一天我们可以在实验室捕获它或被它捕获。考虑到我们无法识别高级生命,我们可能摔倒在不同的兔子洞里然后进入另一个奇妙的世界,这个不同的兔子洞构成了我们所认为的自然世界的不可分割的、不可怀疑的一部分。

暗能量的属性究竟是什么?这里我们来了解下几种存在的推测。

新的异域事物还是地外力场?关于暗能量的识别有几种理论。它可能是由幽灵般的亚原子粒子产生的能量,这些粒子在湮灭前凭空出现 它可能与最近证实的希格斯场有关,希格斯场赋予某些物质质量
或者它可以用弦理论来解释,弦理论将空间中额外的不可见维度压缩成比原子小得多的尺寸。一些理论家认为它是一个微调的例子,需要一个多元宇宙的存在来解释它。南非宇宙学家乔治·埃利斯认为,“多元宇宙可能是物理学中最危险的概念”,这可能是一种更深层的、可理解的、独特的现实产物。

在暗物质上归零,这是超越粒子物理标准模型的完整谜团。几乎所有的物理学家都同意,如果宇宙中暗能量的数量稍有不同,生命就不可能出现。与理论上可能的大范围相比,暗能量的数量少得惊人,据测算每立方厘米中暗能量仅有一尔格能量的百万分之一。我们碰巧生活在一个暗能量值很小的宇宙中,这使得宇宙膨胀而不是收缩,构成了生命出现的条件。

科学家已经证实,宇宙膨胀的速度比50亿年前快20%。1929年,埃德温·哈勃首次证明了宇宙正在膨胀,他通过展示银河系以外的星系正在相互远离来证明这一点。只有大约5%的宇宙由行星、恒星和气体结构组成,其余的95%由暗物质和暗能量组成。

暗能量和希格斯场现实中究竟存在吗?哈勃定律提供了人类关于宇宙扩张的第一个观测基础,并为宇宙大爆炸模型提供了有力的证据。膨胀率的值我们称之为哈勃常数。哈勃常数是宇宙学中的关键参数,因此对于哈勃常数的测量是天体物理学家和宇宙学家的关键任务,它们可以用来推算遥远星系之间的距离。

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