張曉辰也曾經瞭解到華夏科學院理論物理研究所研究員李淼曾經半開玩笑地表示:“有多少暗能量專家,就有多少暗能量模型。”也許這種說法不無誇張之處,但暗能量在理論方面的混沌狀況,從中也可見一斑。
其中,最具戲劇性的理論,則是復活愛因斯坦當年提出的“宇宙常數”soogicanstant)。1917年,被認為是整個20世紀最偉大的科學家阿爾伯特愛因斯坦aberteinstein),為了建立一個穩態宇宙模型,最早提出了這個概念。不過,後來就連他本人也承認,“宇宙常數”只是一個錯誤的概念。
但暗能量的存在,則為宇宙常數提供了新的可能性。如果暗能量就是這個宇宙常數的話,那麼它的力量強弱將只和宇宙的大小有關。隨著宇宙的膨脹,其體積逐漸增大,因而暗能量也將逐漸增大。最終,它會達到一個臨界點,使得宇宙從減速狀態變成加速狀態,並且一直加速下去。
但是,宇宙常數距離成為一種確定性的暗能量理論還差得很遠。一些科學家半開玩笑地說,按照這種模型,宇宙將一成不變地加速膨脹下去,未免太“枯燥”boring)了一些。當然,最為致命的是,按照量子場論計算出來的宇宙常數,比天文觀測獲得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一個最為詭異但不乏科學依據的解釋,是“多宇宙論”。觀測和理論或許都沒有錯,事實上,在我們生存的宇宙之外,還存在多到無法計數的其他的宇宙。科學家們可以想像到的宇宙數量不是以萬或者億來計算的,很可能多到10的1000次方個。每個宇宙都有不同的宇宙常數,而我們恰恰生存在一個宇宙常數很小的宇宙中。彷彿冥冥之中有一個“上帝之手”,把一個適合智慧生命生存的宇宙呈現面前。
但對於這種寄希望多宇宙存在的“人擇原理”ante),在天文學家和物理學家中間都存在很大的爭議。更為尖銳的批評,則認為這種解釋與其說是一種科學理論,倒不如說更像一種宗教信仰。
作為宇宙學中的“黑暗區域”,人們對神秘的暗物質和暗能量了解很少,來自巴斯克地區大學理論物理系研究人員森德拉認為根據過去的觀測,我們發現宇宙中大約有5是由普通物質組成,即我們看到的星系、恆星等,還有22為暗物質,我們知道暗物質的存在是因為它可以透過引力影響普通的物質,剩餘的不到70則是暗能量,這就是說暗物質和暗能量佔據了宇宙中絕大部分的質能,而暗能量則影響著宇宙加速膨脹的機制。
如果不存在暗能量,宇宙膨脹速度就會被物質引力所減慢,而暗能量是透過何種方式導致宇宙加速膨脹還不得而知,對此,研究人員森德拉在她的博士論文中進行了研究,其標題為《加速膨脹中的宇宙學:觀察和現象學的研究》。本項研究始於暗能量可能是動態Λcd模型假說,這是目前最廣泛的大爆炸宇宙學模型,也被稱為Λ冷暗物質模型,其透過宇宙學常數來解釋宇宙加速膨脹。但是,有些觀測現象無法用這個模型來解釋,我們所尋找的動態暗能量會隨著時間產生變化。
研究人員森德拉利用數學和統計學工具針對所提出的模型進行了比較,透過多種版本的比對,認為我們可以看到的暗能量狀態方程存在“1”的分界線,如果對應的狀態方程小於或大於1,那麼宇宙就不會是這個樣子,但是其中仍然存在較高比例的誤差。根據森德拉的計算,這些資料都符合動態的暗能量,而具體的結果尚未釋出。本項研究中,森德拉和2011年諾貝爾物理學獎得主合作提出了一種新的研究暗能量狀態方程的模型,其目標是統一暗能量和暗物質。
日本理化研究所的稻田直久和美國斯坦福大學的大慄真宗共同領導的研究小組,觀測了宇宙空間中約2.3萬個類星體,以求找到受“引力透鏡效應”影響的類星體。
所謂“引力透鏡效應”,就是當光波、電波等在星系、星系團、黑洞等具有巨大引力的天體附近透過時,這些波會像透過凸透鏡一樣發生彎曲,最終在地球觀測結果中出現兩個以上的“虛像”。
此次觀測到的受“引力透鏡效應”影響的類星體數目非常多,科學家們認為,這也許只有暗能量才能解釋。他們的進一步分析表明,在假設暗能量佔到宇宙成分的70時,理論計算與實際觀測的結果最為吻合。
美國太空網研究表明,神秘的暗能量幾乎確定的存在,儘管有些天文學家仍可能存在質疑。暗能量被認為是加速宇宙膨脹的物質。再經過兩年的研究後,一支國際科研小組總結稱,暗能量存在的可能性達到99.996。但科學家對暗能量究竟是什麼,仍知之甚少。
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“暗能量是當代最大的科研謎題之一,所以很多科研學者質疑它的存在,這不足為奇。”英國朴茨茅斯大學的鮑勃·尼科爾這樣說道。“但我們最新的研究讓我們更加確信這種外來的宇宙重要組成部分真實存在——即使目前我們還不知道它是由什麼組成的。”
如果這些替代的暗能量理論能夠成立,它們所指向的將是截然不同的宇宙未來:
根據精質等動力學標量場scaarfied)模型,宇宙的未來將複雜得多;也許將繼續加速膨脹下去,也許會減緩膨脹的速度,甚至走向收縮,導致宇宙最終以與大爆炸相反的“大坍縮”bigcrunch)收場。
如果據幽靈模型,暗能量將不斷增大,也許導致宇宙以越來越快的加速度膨脹。最終,宇宙將走向“大撕裂”bigrip)。
精靈模型則給出了一個“振盪的未來”。張新民對《財經》表示,根據他提出的這一理論,整個宇宙將在加速膨脹和減速膨脹之間反覆演繹,“大坍縮”和“大撕裂”這兩種極端的情況都不會出現。
最大的困難,在於迄今為止,能夠研究暗能量的手段仍然十分有限。最主流的仍然是藉助超新星的觀測。但有些人擔心,特別是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恆定的,它也有自己的演化過程。
即使這種擔心可以排除,鑑於這些超新星距離地球非常非常遙遠,觀測它們的難度,在瑞斯看來就像在兩個月球的距離之外觀測一個60瓦的燈泡。即使哈勃望遠鏡具有非常高的敏感度,也存在難以消除的系統誤差。
透過對大尺度宇宙結構比如星系團等)的研究,或許能為暗能量提供新的線索。一旦暗能量存在的話,星系團的形成過程可能要更慢一些,因為引力需要先克服這種斥力。
一個空間探測計劃斯隆數字巡天sdss)已經完成了第一階段為期五年的執行,一旦全部完成之後,這一足以覆蓋四分之一的天空的精細光學成像裝置,無疑將披露更多的細節。<ost大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡)來觀測超新星,從而探索在中國首次進行暗能量實驗研究的可能性。而利用伽馬暴超大質量星體爆發而形成的宇宙高能輻射),也許將為進一步研究更早期的暗能量提供間接手段。
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