我们的宇宙目前处于膨胀状态,且普遍认为其膨胀速度正在加快。尽管促使宇宙加速膨胀的原动力的本质和特性几乎未知,但我们将其称为 “暗能量” 。
暗能量于1998年被发现,至今约30年过去了,如今人们开始对暗能量一些广为人知的性质产生质疑。因此,本文将对暗能量的概况及最新研究成果进行解说。
暗能量的奇妙性质
暗能量这个名字,看似蕴含着科幻或神秘学背景下的深刻含义,但实际上 “暗” 仅表示 “未知” ,这个名字本身并无特殊意义。然而,我们已知暗能量的性质相当奇特,且其本质预计也极为奇妙,从这一点来看,它似乎的确是种非凡的事物。
暗能量唯一明确已知的特性,是其在宇宙空间中的密度极低。边长1米的立方体所含暗能量约为0.000000000000000000000006克(6×10^ – 27克),或0.0000000005焦耳(5×10^ – 10焦耳),仅相当于3 – 4个氢原子的量 。与同体积空气中含有50000000000000000000000000个(5×10^25个)原子相比,暗能量的稀薄程度可见一斑。但由于暗能量遍布宇宙各处,目前认为宇宙的68.3% 由暗能量构成。
宇宙中除暗能量外,还有氢、氦等普通物质,以及只能通过引力感知其存在的 “暗物质” 。这两者都具有引力,起到阻碍宇宙膨胀的作用。然而,尽管暗能量密度低,但数量庞大,似乎在充当 “助力宇宙膨胀的力量” 。它看似 “反重力” ,但实际上具有更奇妙的性质,简单称之为反重力并不准确。
其奇妙性质在于, “即便宇宙膨胀,暗能量的作用力似乎也不会减弱” 。这一性质虽有理论依据,但直观上却难以接受。
普通的力,比如重力,会因宇宙膨胀导致空间体积增大,物质(普通物质与暗物质)浓度降低,使得单位空间体积的力的强度减弱。而理论推测,暗能量的单位空间体积力的强度似乎不会改变。
宇宙膨胀使空间体积增加,这意味着宇宙整体的暗能量作用力增强。实际上,观察宇宙膨胀速度可发现,宇宙诞生后的一段时间内,膨胀速度似乎在减速。约40亿年前(宇宙诞生约98亿年后),减速停止并转为加速,这与宇宙膨胀使暗能量作用力增强的观点相符。
鉴于暗能量的奇妙性质,或许不能将其作用力与重力、电磁力等普通力等同看待。本文用双引号将暗能量称为 “反重力” ,正是因为不确定它是否真的与重力相反。
无论如何,暗能量数量庞大,且随着宇宙膨胀会不断增加。依此观点,宇宙将永远膨胀,不会坍缩。
简要回顾:暗能量的理论历史
为何暗能量即便宇宙膨胀也不会减弱,尽管这显然违背直觉?
这一观点的背后,有着暗能量理论提出的研究历史。
大约100年前,多数人认为宇宙是永恒不变的,既不膨胀也不收缩。阿尔伯特·爱因斯坦就是秉持此观点的科学家之一。然而,他在1915 – 1916年发表的 “广义相对论” 却预言了一个变化的宇宙,与他自己的观点相悖。
通过求解广义相对论中描述重力的 “爱因斯坦方程” ,可证明宇宙存在变化的可能性。但因爱因斯坦反对宇宙变化,于1917年在方程中加入了 “宇宙项” ,用以表示与重力相反方向的力,试图阻止宇宙变化。由于该项力的强度为固定值(常数),所以添加到宇宙项中的数值也被称为 “宇宙常数” 。
但经过亚历山大·弗里德曼、乔治·勒梅特、埃德温·哈勃等众多科学家从理论和观测两方面验证,到1929年证实宇宙变化在理论上并非不合理,且我们的宇宙实际上正在膨胀。既然实际宇宙在变化,那么为阻止宇宙变化而添加宇宙项就没有必要了。这一发现彻底改变了人们长期以来的宇宙观。
据说爱因斯坦曾将引入宇宙项称为 “我一生中最大的错误” ,但除乔治·伽莫夫称听闻此言外,并无其他证据,所以也有观点认为这一言论是伽莫夫虚构的。目前尚无法确定爱因斯坦是否真的说过这句话。
如果没有类似宇宙常数这种与重力相反的力,宇宙膨胀会逐渐减速,最终膨胀速度可能趋近于零,甚至转为收缩 。但在20世纪80年代后期,当时用于描述宇宙的 “冷暗物质模型(CDM模型)” 被指出与实际观测结果不符,这暗示着需要某种CDM模型中不存在的东西。
1998年,两个独立的国际研究团队发现,宇宙膨胀并非减速,而是中途开始加速。这表明宇宙中存在一种不仅与重力相反,且比重力强大得多的力。这一发现也是2011年三位代表研究者获得诺贝尔物理学奖的原因之一。
宇宙常数从阻止宇宙变化的力,转变为促使宇宙变化的力,实现了意想不到的复活。但如今, “宇宙常数” 这一名称已较少使用。现在常用的 “暗能量” 这一名称,由迈克尔·S·特纳于1998年命名。这一名称既因联想到暗物质,也考虑到暗能量的力可能并非恒定,即可能并非 “宇宙常数” 。
暗能量是否在逐渐减弱?
目前,描述宇宙整体的理论模型称为 “Λ – CDM(Lambda – CDM)模型” 。其中Λ代表...




“暗能量减弱?宇宙奥秘令人惊叹!”
“暗能量新发现,宇宙奥秘待解!”