目前最為流行的宇宙學(xué)模型認(rèn)為，在宇宙加速膨脹的背后，是一種我們稱為“暗能量”的神秘力量，而這種難以察覺的能量形式是恒定不變的。
然而，根據(jù)一項(xiàng)新的研究，暗能量完全有可能在過去發(fā)生了變化。參與研究的科學(xué)家提出，這些變化可能導(dǎo)致了宇宙中充滿了我們?nèi)粘Ｋ姷某Ｒ?guī)物質(zhì)。從現(xiàn)在觀測(cè)到的情況來看，宇宙中發(fā)生了一些奇怪的事情：它在膨脹，但也充滿了物質(zhì)。隨著時(shí)間的推移，所有這些物質(zhì)的引力應(yīng)該都會(huì)減緩宇宙的膨脹。然而，宇宙膨脹并沒有放緩，甚至沒有保持相同的速率，而是膨脹得越來越快。
每過一天，我們的宇宙就變得越來越大，越來越快。宇宙學(xué)家將導(dǎo)致這種加速膨脹的能量形式稱為“暗能量”，部分原因是我們根本不知道它到底是什么，從哪里來，將來會(huì)發(fā)生什么。我們所知道的是，從大約50億年前開始，暗能量就開始存在并持續(xù)至今。
我們還知道，在這50億年里，暗能量的“強(qiáng)度”（通過其密度來衡量）保持得相當(dāng)穩(wěn)定。暗能量似乎并沒有隨著時(shí)間的推移而變?nèi)趸蜃儚?qiáng)，這使它成為一個(gè)宇宙常數(shù)。然而，早期的宇宙非常奇怪，而在很久以前可能發(fā)生了一些更加奇怪的事情。如果這些事情真的發(fā)生過，那它們可能就會(huì)對(duì)宇宙歷史的其余部分產(chǎn)生巨大的影響。
雖然我們幾乎不了解暗能量的性質(zhì)或成因，但我們知道，暗能量除了加速宇宙的膨脹之外，別無它用。這是因?yàn)椋瑥挠钪鎸W(xué)的角度來說，今天的宇宙呈現(xiàn)出古老、寒冷和近乎死亡的狀態(tài)。
這種大范圍的沉寂意味著宇宙中沒有足夠的能量（暗能量或其他）存在。如果暗能量出現(xiàn)一些特別的情況，比如隨時(shí)間而變化，其實(shí)并不會(huì)有很大的影響，因?yàn)樗呀?jīng)非常微弱了。是的，暗能量正在加速宇宙的膨脹，但作用很輕微。這也是科學(xué)家花了這么長(zhǎng)時(shí)間才確定其影響的原因。這一特點(diǎn)既限制了暗能量對(duì)宇宙的影響，也限制了我們對(duì)它的了解；對(duì)宇宙學(xué)家來說，可以測(cè)量的暗能量效應(yīng)并不多。相比而言，早期的宇宙要熱得多，密度更大，更緊湊，尤其是更富有能量。
盡管暗能量在大約50億年前出現(xiàn)在宇宙中，但這并不一定是它的首次出現(xiàn)。暗能量可能存在于年輕的宇宙中，并推動(dòng)宇宙發(fā)生各種各樣有趣的變化，然后暫時(shí)消失在背景中。最近，一組理論物理學(xué)家在思考這樣早期的暗能量可能會(huì)做些什么，他們?cè)?019年11月的一篇論文中報(bào)告了研究結(jié)果，并將其上傳到預(yù)印本服務(wù)器arXiv.org上。
研究人員發(fā)現(xiàn)，暗能量的短暫波動(dòng)可能會(huì)讓夸克、膠子和輕子等奇異粒子充滿早期宇宙，最終凝結(jié)成我們今天所知的原子。
根據(jù)這些研究人員的說法，這次變化一定是在宇宙暴脹之后發(fā)生的，當(dāng)時(shí)宇宙在很短的時(shí)間內(nèi)變得非常大。在暴脹之后，整個(gè)宇宙幾乎都是空的；暴脹前的所有物質(zhì)都像風(fēng)中的灰塵一樣被吹散了。在那之后，必須有什么東西來“重新加熱”宇宙，在我們常說的“大爆炸”中為宇宙帶來新一輪的粒子。
大多數(shù)理論物理學(xué)家認(rèn)為，無論是什么引起了宇宙暴脹，其本身一定也發(fā)生了再加熱過程。但這項(xiàng)新研究表明，早期的暗能量可能通過失去自身能量的方式產(chǎn)生了大量的粒子。這是一個(gè)有趣的說法，但研究人員的假設(shè)仍然必須與之前鞏固了我們對(duì)大爆炸和宇宙暴脹理解的觀測(cè)結(jié)果相吻合。如果暗能量是導(dǎo)致宇宙再熱的原因，那么我們應(yīng)該會(huì)看到宇宙微波背景的標(biāo)準(zhǔn)圖像模型的細(xì)微變化，這些變化反過來又影響了現(xiàn)代宇宙中星系的模式。
到目前為止，宇宙再次加熱的新模型與當(dāng)前的所有觀察結(jié)果都是吻合的，甚至比傳統(tǒng)的宇宙暴脹理論還更合理一些。但是，我們沒有足夠的信息來判斷這是否只是統(tǒng)計(jì)上的巧合。新一代的天體物理學(xué)工具，如美國國家航空航天局的大視場(chǎng)紅外巡天望遠(yuǎn)鏡（WFIRST），可能將有助于科學(xué)家更好地理解暗能量及其在早期宇宙和今天宇宙中的作用。
暗能量及其存在證據(jù)
通過目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家估計(jì)，宇宙中70%的能量由暗能量提供，約25%由暗物質(zhì)提供，而我們?nèi)粘Ｋ姷钠胀ㄎ镔|(zhì)只提供了5%。我們目前對(duì)暗能量的本質(zhì)了解很少，只知道它具有負(fù)壓強(qiáng)，且近乎光滑（即不結(jié)團(tuán)）。暗能量的更多性質(zhì)由其壓強(qiáng)與能量密度的比值，即狀態(tài)方程參數(shù)來描述。
暗物質(zhì)的本質(zhì)決定著宇宙的命運(yùn)。真空本身具有的能量稱為“真空能”，如果導(dǎo)致宇宙加速膨脹的是真空能，意味著宇宙將永遠(yuǎn)加速膨脹，宇宙中的物質(zhì)和能量將越來越稀薄，星系之間將以越來越快的速度遠(yuǎn)離彼此，新的結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)不可能再形成。如果導(dǎo)致如今宇宙加速膨脹的暗能量是動(dòng)力學(xué)的，則宇宙的未來將由暗能量場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)決定，有可能永遠(yuǎn)加速膨脹，也可能重新進(jìn)入減速膨脹狀態(tài)，甚至可能收縮。
從天文觀測(cè)數(shù)據(jù)中了解暗能量狀態(tài)方程隨時(shí)間的演化歷史，對(duì)于探索暗能量本職至關(guān)重要。這也是許多大型巡天計(jì)劃的最重要科學(xué)目標(biāo)之一。2017年，世界最大星系巡天eBOSS國際科技計(jì)劃合作組織利用宇宙深處的類星體觀測(cè)到了顯著的重子聲波振蕩信號(hào)，成為證明暗能量存在的又一獨(dú)立證據(jù)，也再次證明了宇宙在加速膨脹。
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