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暗能量是什么?
人类直接认识世界是通过认知系统来认知的,有眼鼻耳舌身意/色身香味触法这几种。
还有就是间接认知,通过与能被人类认知系统直接认知的做用而被认知,比如无线电。
所以暗能量就是不被认知系统直接认知,也不与能被认知系统直接认知作用的。
首先感谢邀请。我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。随着科学技术的发展,我们知道了今天的宇宙,通过天文望远镜确定了宇宙的年龄、直径以及宇宙的未来。但是宇宙毕竟是宇宙,以人类的智慧怎么可能会解开宇宙的秘密呢,例如今天我们所提出的暗能量。
当科学家使用望远镜观测星空时,发现有些星系发红有些星系发蓝,这是多普勒频移现象,本身多普勒频移是用于声音中的,但是光也具有这种特性,科学家通过这种现象知道了宇宙正在膨胀,但是宇宙为何膨胀,以及如何膨胀则是一个未解之谜。
既然宇宙在加速的膨胀,那么肯定得有一种力量来支持它的膨胀。如果我们回到138亿年前,你会发现如果宇宙一直膨胀的话,肯定不会出现今天的世界。因为那种力量可以将原子撕裂,所以更不可能出现今天的世界。而之所以出现了今天的世界,原因在于宇宙在某个时间内,膨胀停止了,只有这样物质才能够出现。
那么我们知道物质都拥有着自己的质量和重量,这就如同流动的小河流一样,如果我们什么都不做,河流会往前流动,但是如果我们搬起一块大石头,你会发现水流受到重力的影响,变慢了。同理宇宙也是如此,宇宙中存在着万亿天体,这些天体的总量加在一起是一个恐怖的数字,但是这些重量并没有阻挡宇宙的膨胀,这代表宇宙的膨胀被一种未知的能量所操控。这就是暗能量。
通过对宇宙的膨胀测量,我们就能得知出宇宙中的物质占比情况,暗能量是将物质分离的能量,而暗物质则是将物质凝聚的能量,而剩下的就是我们所看到的物质了。结果表明,暗能量大于暗物质大于物质,这代表了暗能量一直占据了上风,因此宇宙也在加速的膨胀。通过这些数据我们就能预测宇宙的未来。
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》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。
宇宙学家喜欢把一切都建模为所谓的"完美流体",什么是完美的流体?它是有密度和压力的物质,没有别的。换句话说,"完美流体"不粘,它没有粘性,没有内部应力,其压力在所有方向都是一样的。简而言之,就宇宙学家而言,物质的密度和压力能完美表现宇宙的特征。
不仅如此,还有一件事:无论我们使用何种测量单位,能量密度和压力都是使用相同的物理单位测量的。压力是按面积划分的力。能量密度是能量除以体积。但能量是力乘以时间长度;体积是面积乘以长度。因此,力除以面积与能量(力乘时间长度)除以体积(= 面积乘以长度)相同。
因此,压力与能量密度的比值只是一个简单数字。它不是以米、英尺、秒、磅等来衡量的,它只是一个所谓的无量纲数,通常用字母w表示。
这就是宇宙学家简单思考问题的地方:他们关心的只是这些, 各种各样的物质都以这个w为特征,即压力与能量密度的比值。例如,没有压力的东西只是所谓的"尘埃"。当然,这里"尘埃"与你知道的不一样。一个恒星星系就是尘埃(或多或少),因为就宇宙学家而言,数十亿颗恒星行为就像尘埃粒子,即作为压力可以忽略不计的介质。
那么,w 的允许值是多少呢?事实证明,任何介于-1 和 +1 之间的值都有效。是的,这意味着负压也是可以接受的。这听起来可能有些奇怪,但负压基本上表现为需要投入做功(能量)才能使其膨胀,而不是像发动机气缸中的热气一样自行膨胀和做功。所以:尘埃几乎包括我们所知道的所有物质,但也包括我们不知道的东西,即所谓的暗物质。
在今天的宇宙中,压力大于0的东西可以忽略,因为这种物质的密度下降非常迅速;因此,即使过去有大量这类东西,它已经被稀释到接近虚无的状态。这样就留下负压的物质,特别是带极端负压的物质,w = -1。这些物质有一个非常奇特的特性:即使宇宙膨胀,它的密度仍然保持不变,因为所有使它膨胀的功(能量),最终都会产生更多的这些物质。
因此,我们遵循的逻辑是这样的:首先,我们注意到,我们宇宙中的空间似乎是欧几里得的:即使是非常大的三角形的角度之和是180度,行话是宇宙是"空间平坦"。这就要求宇宙中所有物质的总密度是所谓的临界密度,但可见物质的含量不到此临界密度的5%。
因此,我们提出了一个简单的问题:还需要多少物质和什么样的物质才能到达临界密度,并且还要匹配宇宙的其他观测参数?事实证明,我们需要大约30%的"尘埃",剩下的70%必须有极端的负压,w = -1。
缺失物质(30%与我们知道的小于5%之间的差值)称为暗物质,剩余的带负压物质称为暗能量。
我希望这个解释帮组你理解暗能量,这一切都以相当扎实、严谨的数学和物理为后盾;但与此同时,我们对于这些暗物质和暗能量究竟是什么,一丁点线索都没有。
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