暗能量(暗能量是什么东西)

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暗能量是什么?

暗能量的概念很早就被提出。20世纪20年代,天文学家哈勃观察河外星系时发现了光谱红移现象(多普勒效应),即所有星系在各个方向上都此迟在远离我们,而且星系越远,远离速度越快,直接证明宇宙空间在不断膨胀。

然而,当时多数科学家认为,由于物质之间存在的引力作用会妨碍空间的膨胀。相反,后来一系列的观测数据却显示这种膨胀速度越来越快,证明宇宙空间一定存在着一种未知的斥力(反引力),它能够克服且超越物质之间的引力。

科学家推断,使宇宙空间加速膨胀的斥力,就来自未知的“暗能量”。

观测证据还表明,暗能量无所不在、均匀分布、具排斥性质,作用于引力空间不断加速的结构。之前没有任何已知的其他物质具有这种可使空间自身相排斥的性质。

在广义相对论中,不仅质量可以产生引力,物质分布所出现的压强也可产生引力。而压强的值可以有正有负,科学家经数学推导得出,当压强值小于 (-1/3)pc^2 (p为物质密度,c为光速)时,引力表现为排斥力。

也就是说,宇宙空间中充满了一种压强为负的暗能量。因为已知普通物质和暗物质的压强都是正的,所以科学家再次推断暗能量必定存在。目前,物理学界普遍的结论是,恒星系所有可见的物质仅占宇宙比重的4.9%,暗物质占26.8%,而暗能量所占比重是一个大得多的68.3%。

专门研究宇宙常数或暗能量课题的哈佛教授亚力山大(Stephen H.S.Alexander )2000年发表了《弦论和宇宙学之间的接口》雀物的论文,2000—2002年获英国粒子物理和天文研究委员会(PPARC)资助,后来他又获国家科学基金事业奖。他说,暗能量本身无法直接观察到,它是已知最令人困惑的物质形式,也是唯一作用范围小到亚原子尺度,大到宇宙星际距离的“东西”。在原子核内部和遥远的恒星运动中都有它的踪迹。

暗能量无论其形式如何,必然对宇宙时空结构产生影响,它作用在引力上以极大的速度产生越来越多的虚空空间——这就是宇宙空间加速森岁李膨胀的本质。

也许,只有解决好广义相对论与量子力学大统一后才能真正揭开暗能量的神秘面纱。

什么是暗能量?

暗能量的主要解释表明,它是时空结构中固有的一种被压抑的能量。

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。备侍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。

谁发现了暗能量?

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。

暗能量是做什么的虽然研究人员并没有完全理解暗能量,他们已经利用他们对这个现象的知识来构造宇宙模型,解释宇宙大爆炸到现代大规模星系结构的一切。这些模型中的一些预测暗能量将从现在起数十亿年的时间里差滚册撕开一切。“KdSPE”“KDSPs”是暗能量的主要解释,表明它是时空结构固有的一种被压抑的能量。英国达勒姆大学(Durham University)的数学物理学家李保久(baujiu Li)此前在接受《生活科学》(Live Science)采访时说:“这个简单的模型在实际应用中效果非常好,它是对宇宙学模型的直接补充,无需修改万有引力定律。”。但是这个想法带来了一个主要的问题:物理学家预测真空的能量值应该比宇宙学家在测量中观察到的高120个数量级,李说,

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虚宏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:

阅读了来自澳大利亚斯文伯恩大学的更多关于暗能量的信息。以下是美国宇航局科学部对暗能量和暗物质的定义。观看“大谜团:暗能量”,来自费米实验室。

什么是“暗物质”和“暗能量”?

到目前为止,物理学家和天文学家根据观测事实和理论推测,构建出各种各样的宇宙模型,拆培其中最成功的是大爆炸宇宙模型,宇宙在加速膨胀也是公认的事实。而暗物质是基于现有引力理论的一种假想物质,暗能量是基于现有宇宙模型的一种假想能量。

暗物质和暗能量的存在能够解释一系列令人困扰的天文观测现象,也能在现有理论模型下能够很好地解释宇宙的演化和存在,可是还没有实验能够直接探测到暗物质和暗能量并为它们的存在进行决定性地描键盯述。但是,很多新的观测现象都指向同一个事实:暗物质和暗能量是真实存在的。

一直以来,物理学对于物质本质的描述,朝着两个极限不断前进。一个是微观极限,现在已经深入到原子核内部;另外一个是宏观极限,现在已经扩展到整个宇宙。从微观上讲,标准模型能够解释到目前为止发现的大部分粒子,标准模型也是基于地球上的物质、对撞机产生的粒子以及宇宙射线而构建的;但是当人类将探索的触角伸向浩瀚无垠的宇宙的时候,发现了一些令人费解的现象。

20世纪30年代到70年代间,不少科学家在观测不同星系时发现引力质量比星系的光度质量大的多。自此,科学家指出宇宙间存在大量看不见的物质——如果只有可见物质参与引力相互作用,那么从星系中心到旋臂,随着半径的增大,旋转的速度会越来越低。根据天体物理的理论,这样会导致星系的不稳定。我们通过中学物理学过的引力圆周运动公式,也可以简单地得到这一结论。

但实际观测表明,稳定星系旋臂的稿御和转动速度随着半径增大,呈现出一个恒定速度,这样才会使星系保持稳定。而这个现象也说明,星系的大部分质量并不是集中在星系中心,而是有许多看不见的“暗物质”分布在整个星系,可见物质只是星系质量的一小部分。

我们知道,物理学发展至今,虽然理论物理已经可以完全独立发展,但理论正确与否,最终要经过可靠实验的检验,理论和实验相辅相成。暗物质的提出,虽然只是来源于科学家们的头脑风暴和数学计算,但是对于人类认识宇宙有着重要意义。至于理论最终会得到证实还是被推翻,还是要靠具体的实验探测来说话。

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