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当我们发现宇宙正在加速膨胀

1998年,科学家们通过观测遥远的超新星,意外发现宇宙不仅在膨胀,而且膨胀的速度正在加快。这一发现颠覆了以往的认知,其背后的驱动力被归结为一种被称为 “暗能量” 的神秘存在。尽管暗能量被认为是宇宙的主要组成部分(约占70%),但它的本质仍然是个谜。目前,科学家们正利用先进设备试图揭开它的面纱,而最新的数据甚至为这个谜题增添了新的复杂性。

一个颠覆认知的发现

最初,天文学家研究遥远的 Ia型超新星(大质量恒星死亡时的剧烈爆炸)是为了测量宇宙膨胀减速的程度。他们通过比较超新星的固有亮度与观测亮度来估算其距离。然而,观测结果出乎意料:

  • 这些超新星看起来比预期的 更暗淡
  • 唯一的解释是,它们比想象的 更遥远
  • 这意味着,宇宙的膨胀速度在过去并非减慢,而是在 加快,将这些超新星以超预期的速度推离我们。

正如美国国家航空航天局(NASA)所总结的:“这些观测最终让科学家得出结论,宇宙本身必定随着时间的推移而加速膨胀。”

神秘的“暗能量”

为了解释这种加速膨胀的现象,研究人员引入了 “暗能量” 这个术语。它并非一种能被直接观测到的物质,而是对这种未知驱动力的一个代称。

尽管我们对其知之甚少,但根据现有模型估算,暗能量构成了宇宙总能量的大约 70%,是主导宇宙演化的关键因素。

暗能量可能是什么?

关于暗能量的本质,目前有多种猜测,其中一个主要理论与 真空能量 有关。

  • 爱因斯坦的“最大错误”:真空能量的概念,也被称为 宇宙学常数,源于爱因斯坦的广义相对论。他最初在方程中加入这个常数是为了维持一个静态的宇宙模型,后来在得知宇宙正在膨胀后,他放弃了这一想法,并称之为自己的“最大错误”。

  • 量子力学的解释:如今,量子力学为真空能量提供了一种可能的解释。理论认为,看似空无一物的空间中,其实充满了不断凭空产生又瞬间湮灭的粒子和反粒子对。

“所有这些粒子生灭摆动的效应,产生了一种‘真空能量’的脉动,它充满了宇宙,并从内部推动空间本身向外扩张。”

新的谜团与未来的探索

让问题变得更复杂的是,近期的一些研究结果暗示,宇宙的膨胀速度 可能实际上正在放缓,这与之前的发现相悖,为整个谜题增添了新的层次。

为了解开这些谜团,科学家们正在借助前所未有的高科技工具。

  • 暗能量光谱仪 (DESI) 等设备正在对数千万个星系进行观测。
  • 其目标是绘制出详尽的宇宙地图,从而深入了解暗能量在宇宙演化历史中的具体作用。

在此之前,我们仍是这个以未知方式变化着的宏大宇宙中的微小尘埃。