我們生活在有趣的時代。幾千年來,我們一直認為我們知道宇宙以及其中的一切都是由:正常物質,構成周期表元素的那種。
但是,在1990年代發現的完全未知的力量被稱為暗能量這構成了70%的宇宙(導致它以加速速度的擴展)告訴我們謙虛。從那以後,天文學家開始在實驗中投資數十億英鎊,旨在找出這種神秘現像是什麼。他們發現的東西可以永遠改變物理。
現在發生了什麼事?
到目前為止,從智利和夏威夷的山頂上,幾個望遠鏡都裝有新相機,這些相機開始製作大面積的天空地圖。這基洛學位調查, 這暗能量調查和Hypersuprimecam調查都在可見光的光中繪製大約10%的天空。
這個想法是要研究星系和其他結構如何聚集在天空中。一種做到這一點的方法是測量“弱透鏡”,這一效果是,從物質到達我們的道路上,來自遙遠星系的光被扭曲了,這揭示了宇宙中物質的腳手架。暗能量對此產生了影響,因為它阻止了物質團結起來,從而將所有東西隔開。這也可以通過查看光譜,它將星光分離為其組成波長,就像棱鏡對陽光所做的一樣,與星系中的陽光所做的那樣。
另一種測量技術是基於跟踪超新星,明亮的光閃光,我們在大恒星死亡時觀察到。由於恆星的物理學相對較充分地理解,因此可以非常準確地確定發出的光量。因此,通過測量超新星的亮度,可以測量其距離,從而幫助我們跟踪它們由於宇宙的擴展而如何移動。
黑暗能源調查的星系簇的複合圖像。水平白線的明亮點是我們自己的星系中的星星。UCL物理和數學科學/Flickr,,,,,CC BY-SA
未來的實驗
這些實驗中的每一個都計劃使他們的第一個結果很快知道。但是,它們不是專門建造的深色能源探險家。為了獲得最可靠的結果,天文學家已經回到了繪圖板上,並使用更大的攝像頭創造了更強大的實驗,可以繪製出天空的較大部分。
其中之一是歐幾里得,這是由歐洲航天局建造的新衛星。由於在2020年推出,在短短五年內,它將通過拍攝高分辨率圖像從根本上改變我們對天空的看法,就像哈勃太空望遠鏡為一小片天空所做的那樣。歐幾里得將使用弱透鏡和星系聚類方法來繪製一半的天空。
在智利,八米大型天氣調查望遠鏡(LSST)正在建設中。它也旨在繪製一半的天空,但要從地上繪製。與歐幾里得相比,這將使天空的單個非常高分辨率的圖像成為較低的分辨率圖片(大氣模糊)。然而,它的獨特方面是,它將通過在十年中拍攝數百張照片來創建一部天空電影,從而成為檢測超新星的強大工具。
同時,平方公里陣列(SKA)將通過無線電菜餚網絡觀察無線電波長的天空,該菜餚可以分開數百公里。 SKA將聯網從撒哈拉沙漠到南非以及整個澳大利亞的廣播菜餚,創建一個大陸大小的望遠鏡。
2010年,長達美國天文學戰略提議將深色能量實驗和系外行星望遠鏡結合在一起。出生的概念被稱為wfirst- 空間望遠鏡掃描近紅外波浪。 2012年,美國國家偵察辦公室願意捐贈兩個未使用的“間諜衛星”,該衛星與哈勃太空望遠鏡相同,但視野更廣泛。這些衛星之一現在構成了實驗的核心,預計將在2020年代中期推出。
儘管這些望遠鏡中的每一個都可以孤立地工作,但宇宙學家意識到他們將通過結合信息來取得更多的成就從他們所有人那裡。由於它們非常不同,因此可以通過比較結果來消除諸如儀器缺陷引起的問題。實際上,我們正在為人類創建單一的超級望遠鏡。
他們可以找到什麼?
雖然我們還不知道什麼是黑能,但有三個主要競爭者:
真空的能量。有些人認為,在某種特定值的填充空間的特定價值上,暗能量只是恆定的能量海。但是,如果是這種情況,為什麼它具有我們觀察到的特定價值而不是其他值?畢竟,如果宇宙越高一點,宇宙就會吹來。沒有找到一個“自然的解釋”人類原則,其中指出宇宙具有這種不太可能的能量,因為如果沒有,我們就不會在這裡討論它。但是,也許這只是平行宇宙多元宇宙的一部分,每個宇宙都可以在每個宇宙中有所不同?
黑能就像是反重力。這可以將宇宙拆開。通過調整愛因斯坦的重力理論,或通過創建全新的重力理論宇宙學家發現,暗能量可能表明我們對重力的理解是錯誤的。重力吸引人,但也許對宇宙尺度上的反擊。
一個新的希格斯般的領域。當宇宙學家很高興希格斯玻色子被發現,部分原因是它是“希格斯領域”的體現,這是自然界中觀察到的第一個基本“標量場”。標量字段是時空的每個點都有一個值但沒有方向的字段。每個例子可能是天氣預報的壓力圖(到處都是值,但沒有方向)。另一方面,風圖不是標量場,因為它具有速度和整體方向。
除了希格斯外,自然界中的所有粒子都與“量子場”相關,就像風圖的類比。它已經被理論化了就像希格斯一樣,黑暗能量可能是標量場的另一個例子。
當然,所有這些解釋都可能是錯誤的,黑暗的能量甚至可能是陌生人。但是,由於未來十年的努力,我們似乎已經快要找出了。