暗能量是如何塑造宇宙的？
（图片来源：美国国家航空航天局戈达德宇宙飞行中心）
据宇宙学家所知，宇宙膨胀不断加速的背后，隐藏着一种我们称之为“暗能量”的力量，这是一种永恒不变的力量。
但就在今天，一项最新研究显示，暗能量完全有可能在过去发生了一些变化，并且进行这项研究的科学家认为正是这种变化使现存的粒子充斥于宇宙之中。
我们来看宇宙的现状：发生在宇宙身上的事情很奇怪，它正在膨胀，却又永远充满物质。随着时间的推移，物质的引力应该减缓宇宙膨胀的速度才对。
然而，宇宙的膨胀并没有变慢（甚至都没有维持在一个恒定的速率），而是在不断加速。
时间一天一天过去，宇宙越来越大，膨胀也越来越快。宇宙学家将这种加速归因于“暗能量”，原因是我们根本不知道是什么导致了宇宙的膨胀，也不知道它从哪来，更不知道未来会怎样。我们唯一知道的就是暗能量早在50亿年前就生成并存在了。
同时，我们能够确定在这50亿年里，暗能量的“强度”（通过其密度测量）始终未变。它似乎并没有随着时间的推移变强或变弱，这是其成为一个宇宙常数。
将会对其后的宇宙历史产生巨大的影响。
曙光初现
虽然我们几乎不了解暗能量的性质或成因，但我们知道它除了加速宇宙的膨胀之外，别无它用。这是因为在宇宙学上来说，现在的宇宙是古老的、寒冷的、濒临死亡的。
宇宙的大规模衰老意味着我们周围的能量（无论是暗能量还是其他能量）已所剩不多。即使暗能量现在想要“做些时髦的事情”——比如开始随时间变化，也不会有太大的影响了，因为暗能量现在本就已经十分虚弱。虽然它的确加速了宇宙的膨胀，但那也仅是轻微的，这也是为什么我们最初花费那么长时间才研究清楚它的作用。宇宙的虚弱限制了暗能量在当下能够发挥的作用以及我们对于暗能量的研究进展，因为实在没有什么可供宇宙学家测量的效应。但最初的宇宙相比于现在要热得多，并且密度更大，特别的是，能量也更多。
虽然暗能量在50亿年前就已经出现在宇宙中，但那并不是它的首次亮相。暗能量在年轻时期的宇宙中就存在并活跃于各种各样的反应之中，随后又在一段时间里凭空消失。一个理论物理学家组成的团队在思考这种早期的暗能量可能会做些什么，他们在2019年11月的一篇论文中报告了他们的研究结果，并将其上传到预印本服务器arXiv.org上。
研究人员发现，在早期宇宙之中，暗能量的微小波动就可以引起不同粒子（例如夸克、胶子、轻子）充斥整个宇宙，最终形成我们今天所知、并热衷于研究的原子。
未来展望
研究者表示，这种充斥一定发生在宇宙膨胀之后，早期的宇宙在极短的时间内就变得非常大。膨胀之后，整个宇宙都是空的；所有膨胀前的物质都像灰尘一样被风吹散。这之后，宇宙一定经历了一次“再加热”，为我们现在普遍承认的“大爆炸”宇宙带来新一轮的粒子。
大多数理论学家认为不论是什么导致了宇宙膨胀，他都可以同样地制造这种“再加热”，但新的结论认为暗能量很可能是牺牲自身能量来使粒子充满宇宙。这真是一个有趣的故事，但科学家们的假设仍然必须与那些首先巩固了我们对大爆炸和宇宙膨胀理解的观测结果相吻合。如果暗能量是导致宇宙“再加热”的原因，那么我们应该看到宇宙微波背景中标准图片模型的细微变化，这反过来又影响了现代宇宙中星系的模式。
截止目前，“再加热”模型完全匹配所有已有观测结果，在这一点上，甚至比传统的宇宙膨胀模型做得更好。但我们并没有足够的信息证明这是否只是一个统计学上的巧合。
以美国国家航空航天局的宽视场红外巡天望远镜为代表的新一代天文物理学工具，将帮助科学家们更好地理解暗能量及其在早期宇宙与当今宇宙中的作用。
作者: Paul Sutter
FY: Laurels
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