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宇宙正在加速膨脹,這到底是怎麽壹回事?

發現宇宙在加速膨脹,是壹個超出宇宙學家們預計的壹個結果,本來大家都在盼望著發現宇宙減速膨脹的證據,但1998年通過觀察Ia型超新星的亮度變化,我們得到了無可辯駁的證據,說明宇宙的膨脹在加速,這壹發現在1998年12月被《科學》雜誌評為“年度科學突破”,同時在2011年獲得諾貝爾獎。這壹成就有三位科學家參與,Saul Perlmutter,1988年啟動的“超新星宇宙學項目”的負責人,Brian Schmidt,1994年啟動的“高紅移超新星研究組”負責人,以及Adam Riess,他找到了測量Ia型超新星以及讓Ia型超新星成為精確的距離指標的方法,因此這三位科學家獲得諾獎。

Ia型超新星

Ia型超新星,不是超大質量恒星自然演化時產生的超新星,而是白矮星的爆炸現像。當白矮星和壹顆恒星形成壹個雙星系統的時候,白矮星就有可能“偷竊”到恒星的原料,讓質量不斷增長。當白矮星的質量增長到大約1.4倍太陽質量時,它就會爆炸成為壹顆Ia型超新星。而它所釋放出來的光芒足以與整個星系抗衡,因此可以傳播到足夠遠的地方。而通過觀察足夠遙遠星系中Ia型超新星的紅移現象,宇宙學家們才確認了宇宙的膨脹在加速進行這壹完全出乎意料的發現。

暗能量與宇宙學常數

當愛因斯坦寫下廣義相對論的時候,他發現他需要壹個宇宙學常數來讓宇宙保持靜止,但十年後,哈勃發現宇宙在毫無疑問的膨脹,於是愛因斯坦舍棄了宇宙學常數項,並將其稱為他犯下的最大的錯誤,否則他會是世界上第壹個預言我們生活在壹個要麽膨脹要麽收縮的宇宙之中,總之不可能保持靜止狀態。

雖然哈勃發現了宇宙在膨脹,不過多數宇宙學家都在期望發現膨脹開始減速並且無限逼近於零的證據,因為人們還是想要壹個近乎於靜止的宇宙,或者說壹個平坦的宇宙。然而,新發現證實宇宙在加速膨脹的同時,就意味著愛因斯坦先加入(為了讓宇宙保持靜止)後舍棄(因為哈勃發現宇宙在膨脹)的宇宙學常數,有必要再次加入到廣義相對論方程中,因為現在的新解釋發現,如果宇宙學常數的數值只要大於零,那我們就會得到壹個膨脹不斷加速的宇宙,而廣義相對論是目前為止我們理解宇宙的最重要的方程。

可是宇宙學常數項為什麽會大於零?

對此,物理學家們設想出了壹種與萬有引力相對應的萬有斥力來進行解釋,而擁有萬有斥力的可能實體則被稱為暗能量。但這只是壹種理論解釋,我們對暗能量的其它方面依然壹無所知,同時我們對擁有萬有引力的暗物質也同樣所知甚少。

總之,宇宙加速膨脹意味著,宇宙的總體組成中有3/4是壹種未知的能量,與同樣神秘的暗物質壹道,構成了宇宙的95%。而我們目前能直接觀察到的,只有余下的5%是普通物質,它們構成了通常意義中的“壹切”,如:星系團、星系壹直到人類。而剩下的95%的部分,我們只能通過它們對宇宙命運(膨脹還是收縮等)的影響來間接地感知。

也許當未來我們能夠更多地了解暗物質和暗能量的時候,才能解開今天心中的困惑,希望此生還能看到這樣的解釋吧。