仰望星辰—极简天体物理学/暗能量魅影

1、空间的膨胀的追问

爱因斯坦得知哈勃的观测结果后，引力方程把宇宙常数取消，一切都非常和谐，这是一个膨胀的宇宙。

宇宙膨胀的意思是什么？大爆炸带来的膨胀，是空间本身的膨胀。在广义相对论里，空间不是虚空，而是可以传播引力，可以弯曲变形的实实在在的东西。就像比喻中的床单，有质量的物体落到上面，都会引起床单的塌陷弯曲，弯曲程度取决于质量。

在宇宙起源之前，时空都不存在。大爆炸后空间膨胀了，日月星辰才有了在其中玩耍的场所。我们可以把空间想象成一张网，所有的物质都在这张网上，而网本身在膨胀变大，就像比喻中吹大的气球表面。

物理定律要求任何物质的移动速度不能超过光速。但是，这是说物质在空间中的运动，并不是说空间本身的运动。

事实上，宇宙的膨胀速度可以超过光速。在大爆炸刚开始，早期宇宙的膨胀速度都是超光速。

如果真是这样，这就意味着，宇宙中有很多星系，因为距离我们太远，膨胀的速度超过了光速，我们永远不可能看见它们了。

但是，虽然大爆炸初始，速度很快，但由于星系间的引力作用，会不会宇宙的膨胀速度越来越慢呢？就比如，你向高空抛出一个球，脱离时速度很快，但因为引力作用，上升速度会越来越慢，最后还会掉回来。

2、宇宙常数的回归

1998年，有两组天文学家想测一下宇宙膨胀的速度减慢到什么程度。他们观测了一个叫“Ia型超新星”的爆发。它最初是一个双星系统，其中一颗是白矮星，它吸收另一颗星的质量，等质量增长到一个数值时，就会突然爆发，变成超新星。

这种超新星引爆质量一样，亮度永远一样，通过观测到达地球的亮度，就可以计算距离地球多远。

同时根据光谱看红移的情况，可以用宇宙爆炸理论的膨胀模型计算与超新星的距离。这两个距离的数据差就是膨胀速度减慢的程度。

结果再一次毁宇宙观，实际距离比模型计算的距离大了15%，这意味着，宇宙膨胀没有减速，而且还在加速。这个结果经检验没有疑问，还获得2011年诺贝尔奖。

物理学家只能把宇宙常数重新放回引力方程，但这个常数的数值要修改，变成描述宇宙加速膨胀。

3、暗能量的魅影

那么，这个宇宙常数有什么物理意义呢？物理学家解释不了，只能沿用暗物质的命名传统，称之为暗能量。

现在更进一步的估算，宇宙的全部能量中，寻常物质只占4%，暗物质占26%，暗能量占70%。

暗能量提供的是一种真空中的斥力。但它到底是什么，我们还是不知道。

暗能量是真空中的能量。宇宙越膨胀，真空越大，暗能量就越大。现在物理学家知道了，在50亿年前，暗能量的比例达到一定数值，宇宙就加速膨胀了。

随着空间越大，暗能量越来越多，宇宙膨胀的加速度也会越来越大。这就意味着远方的星系以越来越快的速度在远离我们，永不回头。

根据计算，再过一万亿年，除银河系外，我们的天空再也没有其他星星。

这意味着，如果今天的宇宙知识没有流传下去，未来银河系的智慧生命将只知道宇宙有个银河系。他们不知道很多关键信息。

这个问题回看这个时代的我们，是否已经缺失了很多关键信息呢？以至于我们永远无法理解到这个宇宙。

宇宙没有义务让我们可以理解。