暗能量——宇宙加速膨胀的推手?

来源 :大众科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gusterlyb
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  “暗能量”占据了宇宙成分的绝大部分,含量超过70%。它的本质仍然是谜,或许还是今天的物理学面临的最大谜题
  宇宙有3/4的能量是一种未知的能量,被称为暗能量。与同样未知的暗物质一样,这些“暗势力”构成了宇宙的95%。只有余下的5%是普通物质,它们构成了星系、恒星、花花草草,以及我们人类。
  有人说世界将终结于烈火,有人说将终结于寒冰……2011年的诺贝尔物理学奖获得者通过仔细研究几十颗遥远星系之中被称为“超新星”的爆炸恒星,得出了宇宙正在加速膨胀的结论。宇宙的膨胀始于140亿年前的大爆炸,但在最初几十亿年里,宇宙膨胀的速度是越来越慢的。但最终,它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的,这种暗能量起初只占宇宙的一小部分。但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释,暗能量变得越来越显著。即便是对这些获奖者而言,这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象,就好比是把一个小球抛向了空中,却没有看到它落回来,反倒看着它越来越快地上升,最终消失在了空中,仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。宇宙膨胀的这种加速度暗示,在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下,宇宙正在分崩离析。
  暗能量是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量,宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量的斥力和万有引力来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量,是因为它在宇宙的结构中约占73%,占绝对统治地位。暗能量这样一种充溢空间的、具有负压强的能量,其实只是科学家们的猜想。只不过这个猜想是现阶段解释宇宙加速膨胀和宇宙中失落物质等问题的一个最理想的方案。“暗能量”的奇特之处在于,它只有物质的作用效应而不具备物质的基本特征,而且“暗能量”也不能被人们所感觉和目前各种仪器所观测到。
  对暗能量理论上的猜测可追溯到爱因斯坦年代,1915年爱因斯坦提出了广义相对论,这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。1917年,他将广义相对论公式应用到整个宇宙,想看看能否获得对宇宙本质的新认识。世界上的物理学家、数学家随即开始解其中的引力方程,方程有两种解,结论是宇宙不会完全静止,宇宙没有静止点。
  方程的第一种解是,如果宇宙只存在引力,没有别的力作用的话,出于相互吸引,宇宙不可能静止。
  方程的另一种解是,宇宙爆炸的那一瞬间获得了一个初速度,向外膨胀,但由于引力作用往回拉,宇宙肯定越胀越慢,所以宇宙不是膨胀就是收缩,不可能静止。
  爱因斯坦觉得从哲学思想上分析,这两种解都不合适,按他的想法宇宙应该是静止的,不能永不停息的运动。因此,爱因斯坦又向广义相对论引力方程中引入了一项“宇宙常数”。这个宇宙常数起排斥力的作用,有了该常数之后,引力方程同时具备了引力和斥力,正好能够达到平衡,可让宇宙“静止”下来。
  上世纪20年代,美国著名天文学家哈勃经过观测发现,宇宙确实是在不断膨胀,他根据星系的距离和运行速度证实,离我们越远的星系向外运动的速度越快,这是宇宙正在膨胀的表现。这一观测结果完全与引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相契合,迅速得到了世界上绝大多数科学家的认可。爱因斯坦本来是想把宇宙“静止”下来,但实际的宇宙是在膨胀着。他认为:“引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误!”
  但爱因斯坦提出的“宇宙常数”并未被科学家们遗弃,一小部分科学家此后在将观测结果与理论进行对比的时候,常常会把此常数捎带上。如果计算结果显示“宇宙常数”等于0,就证明该数确实不能用;反之,就证明爱因斯坦引入一个常数的思路是对的。
  1998年,天文学家们在南极用80万立米气球搭载微波探测器在空中控测了宇宙微波背景下扰动的大量样本,探测从各个方向袭击地球的持续的电磁声波。这些遥远的声音是大爆炸之后的遗留辐射。得出的结论是:“宇宙常数”不等于0,且在整个宇宙中所占比例还很大。此后,“宇宙常数”正式被称为“暗能量”。
  “宇宙常数”是个常数,是一个不随时间变化的参数。因此,随着物质在宇宙几十亿年来的膨胀过程中逐渐被稀释,物质的引力也会越来越弱,暗能量就会逐渐占据上风。按照科学家的说法,这可以解释为什么“宇宙常数”直到宇宙历史中相当晚的一个时期,也就是五六十亿年前,才逐渐开始发挥作用。大约在那一时期,物质的引力减到了比宇宙学常数还弱的地步。而在那一时期之前,宇宙的膨胀确实是一直在减速。
  “宇宙常数”可能源自于真空,按照量子物理学的观点,真空从来就没有真的空过。相反,真空是一锅不断翻滚的量子汤,正反物质的虚粒子不断产生又不断消失,从而产生出能量。然而,对暗能量数量最简单的估算,与空间中测量到的暗能量数量却完全不符,足足大了大约10^120倍(1后面跟120个零)。这成了横亘在理论与观测之间的一条至今无解的巨大鸿沟——要知道,地球上所有海滩上的沙粒加在一起,也不过只有10^20(1后面跟20个零)。
  也许,暗能量根本就不是常数。或许它会随时间变化。或许一种未知的力场只是偶尔产生了暗能量。在物理学上,许多这样的力场被统称为“精质”,得名于希腊文的“第五元素”。精质可以加速宇宙膨胀,但只是有时候如此。这样一来,预言宇宙最终命运就成了一件不可能完成的事情。
  不管暗能量是什么,它似乎都会继续长期存在下去。它与物理学家和天文学家研究了很长时间的宇宙学谜题符合得非常完美。2011年诺贝尔物理学奖的发现,向科学界揭露了一个95%的成分仍然未知的宇宙。现在,一切又皆有可能了。
其他文献
万物鲜化雨乍晴,春寒寂历近清明。过去每当祭拜家里祖辈时,牛牛都是从长辈的口中听过关于曾祖父的故事,但对于孩子来说,这就和绘本书上的英雄故事一样,尽管精彩但总感觉不真实。随着孩子的长大,全家人都希望他既能沐浴在幸福的阳光下茁壮成长,又能真真正正地了解祖辈奋斗的艰辛和革命精神,能从老一辈人那里传承到热爱祖国的好思想,因此今年全家人带着牛牛和姐姐前往老家贵州铜仁市松桃县,去参观他们曾祖父——欧百川纪念馆
现在家装市场的建材五花八门,质量良莠不齐,这些材料是否含有辐射或超标?人们又该怎么避免家装材料对人体的伤害呢?  医学专家认为,家庭室内装修引起的空气污染,是引发白血病不容忽视的重要诱因。但现在家装市场的建材五花八门,质量良莠不齐,很多家装材料均未通过辐射检测。市民通常在购买家装材料时,注重的是款式,反而忽略了辐射所产生的危害。  陶瓷产品多未通过辐射检测  在某建材市场一家陶瓷行,当问到店内的陶
爱科幻电影,是《哈利·波特》忠实粉丝,还是学院长跑冠军。他年方22岁便在国际数学界崭露头角,他是学院的“中跑双冠王”,他戴着太阳帽,不爱说话、轻声细语……  他经过自己的努力,作出了对拉姆齐二染色定理的证明论强度的研究,被认为彻底解决了英国数理逻辑学家Seetapun于上世纪90年代提出的一个猜想。2012年3月,还在读大四的刘路被聘为中南大学“正教授”,一时间成了大名人,但他并非传统意义上的“书
利用亲子阅读解决孩子成长中的问题  当前家庭教育在教育理念、教育观念、教育方法等方面都存在诸多不足,并且随着社会的发展,不断出现新的问题,使家庭教育成为教育问题高发的领域。家长急功近利、急于求成的同时又急需帮助,面对这种情况,在贵州省遵义市图书馆,《中国校外教育》杂志社有限公司社长兼总编辑,中国家庭教育学会理事、宣委会理事长陈光以“亲子阅读解决孩子成长中的问题”为题,从一系列的问题人手,带领家长一
春节联欢晚会上姜昆的相声让人印象深刻:“以前养个儿子叫狗子,现在养条小狗叫儿子。”很多养宠物的人都深有同感:可爱的小猫小狗小宠物给人们带来了很多快乐,有些宠物豢养者在小猫小狗身上倾注的感情也不少于孩子。然而,宠物丢失或死亡也会给宠物主人带来心理伤害。  孤独让人爱养宠物  竞争激烈而生存空间局促的都市生活让人际关系变得越来越疏远,人们出于对信任和安全的需要而将感情寄托在宠物身上。北京大学医学部医学
电脑节电妙招:  1.长时间不使用电脑,可以将电脑的主机和显示器关闭,关机后一定要将电源插头拔下,否则不仅浪费电而且会缩短电脑的寿命。短暂休息期间,尽量用电脑的“睡眠模式”。  2.电脑关机后,一定要将电源插头拔下。  3.显示器的选择要适当,因为显示器越大,耗能越多。  4.打印机若不用,最好也关掉。  5.尽量使用硬盘。硬盘速度快,不易磨损,一开机硬盘就开始高速运转,不用也在运行中。  6.
古时,“春”与“蠢”音义相同。“蠢蠢”,即爬虫蠕动之样;“蠢蠢欲动”则形声兼会地表达了“春来虫动,危险来临”之意。  可不,中外历史上都不乏病魔在春天肆虐人间的黑色经典。  伦敦和莫斯科的黑色春天  据史料记载,1665年至1666年间,英格兰遭受一场规模空前的淋巴鼠疫,至少有7万多人因此丧生。这个数字大约是当时伦敦城总人口的五分之一。  对这场灾难的起因,有两种说法:一说是病菌来自两个法兰西海员
法国圣纳泽尔市一所小学的校长正在为开学典礼致辞,当他宣布今天到场的嘉宾是万桑·贝雍时,现场一片哗然。万桑·贝雍,可是法国的教育部长啊,他会出席一个小学的开学典礼吗?  家长和孩子们四下张望,寻找着部长的身影,却见一个小女孩牵着一只绵羊走上讲台,原来这只绵羊就叫万桑·贝雍。人们还没回过神来,校长又说:“下面,让我们欢迎另一个万桑·贝雍。”孩子们笑作一团,以为这次会牵出一只狗来。但这一次,真正的万桑·
西班牙和美国研究团队模仿蝙蝠翅膀的运动机制,利用形状记忆合金研发出一架可在飞行中改变机翼形状的无人驾驶飞机“Batbot”。其行为类似于人的二头肌和肱三头肌,当不同的电流通过时,在形状记忆合金丝的控制下,机翼在延伸和收缩两种形态之间切换,减少了空气阻力,进而降低能耗35%。
儿童教育到底是为了什么?我们给孩子塑造一个五颜六色,尽可能安全的儿童世界对孩子来说又意味着什么?教育的本质是什么?我们能信任孩子的自我保护和参与现实的能力吗?  众所周知,以色列以创新闻名,犹太人对于人才的培养和教育非常重视,而且教育成果显著。我非常好奇他们接受了何等教育,能在如此恶劣的生存条件和自然资源匮乏的环境中,成为一个科技创新强国。因为犹太人的幼儿教育是非常有特色和成效的,所以当我准备去参