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“坦率地說,這是一個令人尷尬的結果”:我們對宇宙 95% 的部分仍然一無所知

  • 2025-01-22
  • Armanda
近 30 年前暗能量的發現令人驚訝,至今仍讓科學家們感到困惑。 (圖片來源:哈維爾扎亞斯攝影/蓋蒂圖片社)

在這段摘錄中“物質:壯麗的幻象》(Polity,2025,愛德華·威廉姆斯翻譯),作家兼物理學家吉多·託內利深入研究了暗能量的發現,並多次嘗試解釋這種似乎正在推動宇宙不斷膨脹的奇怪現象。


宇宙膨脹的速度並不是恆定的;相反,相當長一段時間以來,這一數字一直在大幅增加。一切都在以越來越瘋狂的節奏遠離一切。

科學家們所看到的與他們的預期相矛盾;宇宙加速膨脹的想法是違反直覺的。大家都以為引力的吸引力會慢慢降低時空的膨脹速度,然而事實恰恰相反。

多年來,不同的科學家團隊試圖了解數據所指向的內容是否真實,或者另一方面,測量中是否出現了錯誤。最終,他們屈服於證據。毫無疑問,人們正在觀察到一種新的自然現象,儘管這是完全出乎意料的。最後,甚至斯德哥爾摩的瑞典皇家科學院也認識到了這項工作的重要性。索爾·珀爾馬特,布賴恩·施密特和亞當·里斯進行了早期研究的三位天文學家,以 2011 年的獎賞獎勵了他們的發現。

從一開始,為了解釋這種奇怪的現象,暗能量這個詞就被創造出來了,這表明人們對產生它的機製完全無知:一種完全未知的能量形式,似乎將一切事物推離一切事物,並隨著宇宙維度的增長而增長。

有些人想像了一種反重力,一種極其奇怪的重力行為,正如我們所知,在很遠的距離上,它從具有吸引力變得具有排斥性。其他人則想像出一種真空能量,一種正能量,它會產生一種負壓,從而將一切推向膨脹。

虛空蘊含正能量並使其膨脹的想法可以追溯到很多年前。和是第一個想出它的人。為了使宇宙靜止,即抵消引力的影響,引力單獨作用,遲早會讓一切坍塌成一個點,愛因斯坦添加了一個正常數,稱為“” 手工地(也就是說任意地)代入他的方程。這種分類有助於建立平衡;使宇宙膨脹抵消重力的影響並使其穩定。

愛因斯坦在他的廣義相對論中提出了“宇宙常數”的概念,以抵消引力並創造一個靜態宇宙。(圖片來源:Keystone-France/Getty Images)

後來,當人們發現一切都有一個動蕩的開端,星系仍在相互遠離時,愛因斯坦對這一選擇感到後悔,甚至稱這是他一生中最嚴重的錯誤之一。事實上,由於宇宙是由超緻密和超白熾的奇點產生的,因此不需要進一步的膨脹動力來產生平衡條件。奇怪的是,沒有人,尤其是愛因斯坦,能夠預測到 20 世紀末,珀爾穆特、施密特和里斯的發現將使他的宇宙常數重新流行起來。因此,似乎大自然最終總是會證明愛因斯坦是正確的,即使這位偉大的科學家確信他顯然是錯誤的。

在這種情況下,通過分析宇宙背景輻射中最微小的不均勻性以及星系和星團產生的引力透鏡效應,也可以提取有關暗能量的存在和分佈的寶貴信息。令人好奇的是,它仍然是光的,這讓我們能夠看到宇宙陰暗的一面。

宇宙中暗能量的分佈非常均勻。它的行為與物質完全不同,無論是普通物質還是。後者的材料物質具有網狀分佈,其中高密度節點和細絲與寬闊的空白空間交替。相反,暗能量均勻地分佈在整個空間中,似乎相當愉快地佔據了宇宙的整個體積,對一切事物都產生排斥力。

為了了解這種神秘能量形​​​​式的起源,科學家們確定了在給定時期內宇宙所有不同區域的膨脹速度是否相同。他們還意識到,這種現象直到最近數十億年才變得占主導地位。在很長一段時間內,宇宙的膨脹節奏與當前的節奏截然不同。

各種假設已經過測試,包括我們正在處理一種新的基本力或重力的異常行為,甚至時空結構中存在非常特殊的結構,類似於其規則模式中的缺陷。但是,到目前為止,還沒有人能夠理解是什麼導致了這種奇怪的現象,而解釋暗能量仍然是現代科學最艱鉅的挑戰之一。

雖然圍繞其起源的謎團仍然存在,但對暗能量對宇宙幾何形狀和物質密度空間漲落的影響的精確測量使得量化該成分在宇宙物質成分中的重量成為可能。

結果是轟動的;暗能量約佔總質量的 68%。宇宙中大約三分之二的部分是由這種最神秘的成分組成的。總結暗能量的貢獻,我們得到了一個坦率地說令人尷尬的結果。儘管當代科學取得了巨大進步,但我們不得不承認,我們對周圍 95% 的事物一無所知。

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