你知道吗？宇宙学中有这2个绕脑的问题

2020-07-27新闻13

作为一个天文学家，你认为宇宙会永远扩张下去吗？你认为宇宙会朝哪个方向发展？在你回答我的问题之后，你会把这些问题发给其他天文学家吗?这样我就可以收到各种各样的意见。感谢您可以抽出这些时间我想我们很幸运能和专业人士交流。

图解：哈勃太空望远镜（英语：Hubble Space Telescope，缩写：HST）是以天文学家爱德温·哈勃为名，在地球轨道上并且围绕地球的太空空间望远镜，类型属于光学望远镜。

这是一个特别好的问题！几个世纪以来，宇宙的命运问题一直是天文学家关注的焦点。令人兴奋的是，现在我们即将得到一个明确的答案。对天文学家的观点进行调查是非常困难的，但如果我总结一下人们讨论过的内容呢？自从哈勃望远镜在1929年发现了宇宙是在不断地扩张的事实之后，人们已经意识到一个关键的问题:宇宙的引力是否足以减缓膨胀并最终使其逆转？

用逃逸速度类比，如果你拿一个球并把它扔向空中，它会在到达一定的高度，然后落下来。如果你扔的快一点，它在下落之前会到达更高的地方。原则上来说，如果你不用担心我们的大气层而且可以把球以7英里每秒的速度扔出去，你可以把球完全的扔出地球，这就是逃逸速度。引力越强（换句话说，你的事情越多，你就需要做的越快。）就宇宙而言，如果有足够的物质，宇宙最终会减速，停止，逆转自身，然后在一个“大坍缩”中重新聚集到一起。反之，宇宙将会永远扩张下去。

图解：逃逸速度：一般描述为摆脱一重力场的引力束缚飞离那重力场所需的最低速率，地球的逃逸速度是11.2公里/秒

然而，在几年前，当发现宇宙正在加速膨胀时，所有人都非常震惊。这就像把一个球扔起来，发现它飞得越高，速度越快。这是非常奇怪的行为这一现象的根本原因可能是宇宙中存在一个被称为“宇宙常数”的场。然而，这个场的性质和起源还没有被很好地理解。最终结果是，尽管大多数天文学家认为在这个场的推动下，宇宙会永远膨胀，但我们对它的了解还不够充分，不能明确的表达出来。

根据这个场的确切起源，宇宙甚至可能是以一种循环的方式膨胀和收缩，就是一种“振荡”的宇宙。我个人的看法是，宇宙可能不会这样，相反，它很可能会永远膨胀下去。然而，我应该指出的是，科学的伟大之处在于，我们不需要争论我们的观点。最终，更好的观察和更多的数据将会告诉我们事实是怎么样的。现在宇宙学这个领域正进入一个数据丰富的阶段，在这里，许多想法将会得到检验。敬请期待吧！

图解：宇宙膨胀：根据科学研究及天文观测发现从宇宙大爆炸开始，整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份，而不是由于任何斥力的作用。

暗能量，是吗？我认为最短，最可靠的答案是——见鬼了，其实我们都不知道！这个问题的答案要长得多，也不那么清晰，因为这是一个很好的问题，广义上说，它涉及到我们目前对宇宙的大部分未知。暗能量的概念是太空中的真空——真空本身——有一些与之相关的非零能量。这就是爱因斯坦所说的质能E=mc^2，这是影响了整个宇宙的引力行为，当然了，整个宇宙是充满真空的。很难想象真空是如何拥有有限的质能的。根据定义，这里是没有东西的。如果我可以借用一个在科幻小说中被过度使用的短语，那就是时空结构，这是与暗能量相关的。

我认为，我们称之为暗能量是因为我们需要给不理解的东西贴上标签。暗能量其实只是一个代表爱因斯坦宇宙常数的现代名称。这是他在19世纪为了创造一个静态宇宙而在广义相对论方程中加入的一个容差因数。爱因斯坦最初的理论没有考虑到这一点——即宇宙要么膨胀要么收缩——它不能静止不动。这在当时哲学上似乎是不可接受的——宇宙必须永远存在。没有吗?好吧，确实没有。

图解：暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。它存在于各个地方，它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。

在20世纪20年代，埃德温-哈勃的发现星系之间似乎正在相互远离：宇宙正在扩张，它的寿命是有限的。爱因斯坦后来将宇宙常数称为他一生中“最大的错误” 如果他是辛普森一家的粉丝，他会发出一声大大的“噢！”因为他应该相信他最初的理论并预测出宇宙会膨胀。还有一种不太为人所知的方式，可以认为宇宙常数是一个错误。

爱因斯坦把它放在那里是为了强制性证明宇宙是静止的。但是，它必须有一个非常特殊的、经过调优的值才能给出静态解决方案。所有其他的数值不仅会使宇宙膨胀，而且会加速膨胀。更糟糕的是，甚至这个特殊的静态值也是不稳定的。即使是最轻微的偏移，它也会开始加速膨胀。所以宇宙常数并没有达到预期的效果——它使膨胀速度加快，而不是使膨胀停止。这是上个世纪最杰出的理论物理学家犯下的一个数学错误。

图解：星系之间正在相互远离

尽管有这件不太光彩的事，但现在有多种证据表明宇宙正在加速膨胀。在爱因斯坦的理论中，这需要一个术语，就像他的宇宙常数一样。这就是暗能量-——广义相对论的一个附加部分，它描述了在真空的虚无中存在能量的引力效应。如果你觉得这有些难以接受，那么你并不孤单。有许多乐观的宇宙学家说，这些数据需要暗能量，他们相信总有一天会弄明白暗能量意味着什么。也有一些更为悲观的宇宙学家，他们担心这仍然只是一个容差系数，它掩盖了我们对宇宙仍然不了解的东西。