🥥 👦🏻 😨 问伊桑第59号：什么是暗能量？ 💚 🗞️ ☝🏾

当然，宇宙正在膨胀，并且这种膨胀正在加速。但是，除了简单的名称“暗能量”，我们对这个过程了解多少？

在绝望和精力之间进行选择，我将选择最后一个
-约翰·济慈

整整一周，您都在费力地想问一个关于宇宙的深刻而神秘的问题，我们遇到了很多很棒的问题-很遗憾，我只能选择其中一个。本周，荣誉主席Piusz Gupte问：

我们了解到暗能量约占宇宙能量的70％。我们通过各种观察得到了它存在的证据。它确实影响着宇宙的进化。但是什么是暗能量？我们有什么主意吗？有适合她的模特吗？

我们确实有几个好主意，但让我们首先比较一下我们的知识。

首先要接受的是时空的概念，也是广义相对论最重要的思想：随着宇宙随时间的推移，宇宙中物质和能量的数量和类型与时空的发展密不可分。在爱因斯坦之前，人们认为空间和时间是固定不变的。一方面，存在可以表示为静态三维网格的空间，另一方面，存在时间，即一个单独的固定连续体，空间的所有点同时通过该连续体移动。

在广义相对论中，所有这些都以两种方式同时改变-两者都很重要。

首先，空间和时间不能彼此分开。所有物体都相对于时空移动。从这个想法出发，不仅您在空间和时间上的位置很重要，而且速度（即在空间和时间上的移动）也很重要，相对论的名称紧随其后。如果您和我在时空上处于同一时刻，但是您相对于我的移动速度相当快，那么我们不仅在空间上而且在时间上也不同。正是从这里开始，对于来自不同参考系的观察者以及双胞胎悖论，时钟以不同的速度运行的想法来自于此。

因此，空间和时间不是绝对的，而是彼此独立的。所有物体都在空间和时间中移动，如果您在空间中的移动速度比其他人快，那么在时间上的移动速度将比他慢。因此，您乘坐以光速99％的火箭飞行9.9光年，然后转身以光速99％的速度返回，您会发现地球上的每个人都已经20岁了，而您只是3年。

第二个区别是，您现在居住的时空（描述整个宇宙）与您开始阅读此句子时所存在的时空不同。宇宙随着时间的流逝而膨胀，膨胀的速度取决于现在宇宙中存在的不同类型的物质和能量。膨胀率随时间变化，因为随着宇宙的膨胀，物质和辐射中的能量密度或单位体积中的物质和能量的数量会减少。

但是宇宙中除了物质和辐射之外还有其他事物。还有许多其他参与者，包括：

拓扑缺陷
宇宙弦
领域边界
固有曲率
空间固有能量
可以具有任何属性的变量字段

遗传学最伟大的是其预测的清晰性：我们只需要测量宇宙随着时间的膨胀，我们就会发现有关物质和能量的类型，它们所占的比例是什么以及我们有多大的信任度的一切知识。如我们想象的那样。

我们的观察来自三个方面：首先，测量到遥远物体（例如恒星，星系和超新星）的距离。通过测量物体的视在亮度，并将其与我们已知的原始亮度进行比较，我们可以计算到物体的距离。另外，我们可以测量它们的红移，这使我们对从它们发出光的那一刻起宇宙的膨胀有了一个想法。这种结合使我们有机会了解宇宙的膨胀如何随时间变化。

第二种方法是测量微波背景辐射的各种波动。由于物质和能量在不断膨胀的宇宙中相互作用的性质，并且由于大爆炸的剩余辐射并未在电离物质上散射，因此，由于宇宙只有几十万年的历史，我们可以从中获得宇宙状态的快照。很久了但是，所有这些光在我们之前行进了138亿年，并且随着宇宙的扩展经历了红移，这使我们对整个宇宙扩展历史有了新的认识。

最后，人们可以最大程度地研究宇宙的结构。自从宇宙诞生以来，就一直存在着巨大的太空竞争-在引力，吸引物质和形成收缩结构以及膨胀之间存在着巨大的竞争，这种竞争将一切推开了，我们可以研究结构的大小，尺度，密度以及它们在长期内的演化时间，这给了我们第三种测量方法。

通过组合所有这三种方法，我们可以通过显示它们给出的结果相同（与所有数据一致）来检查它们的连通性和准确性。对于您我也有个好消息：一切都一样！

使用这些工具，我们可以找出宇宙的组成部分，同时计算我们对这些数字的信心水平。现在认为其组成如下：

0,01% — ,
4,9% — , ,
27% — , , 0,1%,
68% —

那么，这种“暗能量”是什么呢？

从对这种能量形式演变的观察中可以判断，它与宇宙学常数是无法区分的。在广义相对论中，宇宙常数是空间固有的，因此当宇宙膨胀并且星系之间出现新的空间时，暗能量的密度不会降低，尽管其他所有能量的密度只会下降！这就是为什么宇宙的膨胀不仅现在正在加速-在过去60亿年中还在继续加速。

在量子场论中，宇宙常数等于量子真空的零能量，也就是说，尽管我们仍然无法想象如何将其表示为数字，但是观察到的效应可能与宇宙和引力的量子场有关。

还必须认识到暗能量不是宇宙学常数的可能性：它过去可能更弱（或更强），或者将来可能更弱（或更强）。但是随着观察方法的改进，这些可能性的局限性变得非常严格。

利用状态方程w的参数，很容易地将暗能量的变化参数化-直到一阶。如果w = -1.0，那么我们可以使用一个宇宙常数。如果w = -1/3，则有空间曲率；如果w = -2/3，则域的边界以及原则上通常会随时间变化的参数通常会发生变化。此外，如果

w _a = 0，w ₀ = -1，则暗能量恒定，如果w ₀值小于w _a，则暗能量随时间放大。

最容易接受的是它的值是常数，现在获得的数据给我们提供的值w = -1.02±0.08，通常，这几乎暗示了这实际上是一个宇宙常数，或者是宇宙固有的能量。空间或量子真空的零能量，其本身大于零。如果突然发现w <-1.0，则宇宙将以巨大的差距结束生命-我们最近才考虑到这一令人惊奇的选择。

21世纪（以及以后几个世纪）的天文学家当前的任务是查明是否满足w = -1.0000的方程式具有任意精度且十进制数字不断增加的情况。理论家的任务是弄清楚这对宇宙意味着什么，或者如何根据GR或量子场论计算该值的问题。到目前为止，所有数据都表明一个宇宙学常数-但您从未事先知道。事实证明，这可能是标量，张量或动态字段，其行为比迄今为止所看到的更为复杂。但是它也可能是空间中固有的简单能量，并且在没有观察到的反驳此假设的情况下，最好仅提出此选择。

谢谢您提出的问题，皮乌斯（Piusz），以及我们所有人不得不研究更多鲜为人知的宇宙的力量和能量的机会。仍然有很多东西要学习，但是即使这个话题仍然是最大的谜团之一，对此已经有很多了解！将您的问题发送给我们，以便有机会阅读您问题的答案。

问伊桑第59号：什么是暗能量？

当然，宇宙正在膨胀，并且这种膨胀正在加速。但是，除了简单的名称“暗能量”，我们对这个过程了解多少？

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