悟空科學 推薦於2020-02-12

宇宙中的物質型別很多，從塵埃到星系，科學家們都可以透過觀測技術去發現。但還有一種被稱為暗能量的能量就有所不同了：在宇宙學中，它在長距離上類似於一種反引力，能夠滲透到所有空間並施加負壓，從而導致宇宙以不斷增加的速度膨脹，但由於人類尚未直接探測到它的存在，暗能量相當於是一種假設的能量形式。而在物理宇宙學中，暗能量則是一種充溢空間、可促使宇宙膨脹速度增加的一種難以察覺的能量形式。那麼，具有兩個基本模型的暗能量是否也有可替代品，為什麼它的作用力總是和宇宙膨脹加速有關？

宇宙加速和存在暗能量的證據

早在1998年的時候，當時的兩支天文學家小組報告稱，遠距離Ia型超新星在數十億年前發生爆炸的光線令人費解，而它們比原先想象的更遠是對此最好的解釋，這意味著宇宙的擴張並沒有像預期的那樣減緩，反而是在加速。在接下來的幾年中，這一驚人的結果已被更為詳細的Ia型超新星研究、來自星系團的獨立證據、星系的大規模分佈以及宇宙微波背景輻射所證實。而暗能量對宇宙中不同天體的影響力會有所不同，對於星系和恆星大小的物體，暗能量的影響很小，但對於理解宇宙的大尺度結構至關重要。

當一顆白矮星爆炸時會產生Ia型超新星，因為它會因伴星中太多物質的積聚而變得不穩定，或者更罕見地與另一顆白矮星合併。白矮星的最大穩定質量約為1。4倍太陽質量，所以大多數Ia型超新星都會產生大約相同數量的光，該屬性使它們成為了非常有用的距離指示器。近年來，Ia型超新星以這種方式被用來確定宇宙的膨脹正在加速：當宇宙的膨脹如預期的那樣因重力的拉動而減速，遙遠的Ia型超新星被觀察到系統地暗淡，並且，過去50億年來，這種擴張速度一直在加快。在過去的十年中，科學家們更進行的一系列超新星測量，已經測量了數百個遙遠的超新星，大大加強了宇宙加速和暗能量的暗示。

研究人員透過對星系團 X射線發射的研究，已被證明是收集暗能量存在證據的有力技術。這是一種稱為“結構生長”方法的方法，其依賴於觀察宇宙中最大質量的“重力束縛物簇”的數量隨時間變化的方式。錢德拉的資料提供了作為時間函式的群集質量的高質量估計，可與具有和不具有暗能量的宇宙膨脹模型的預測進行比較。結果與超新星資料的結論非常一致；而另一種方法則是透過錢德拉的資料來確定簇中熱氣體與暗物質的比率。群集的計算機模擬表明，該比率應該隨時間而幾乎恆定，再現該結果的擴充套件宇宙的唯一模型，便是包含與其他技術一致的暗能量的模型。

宇宙微波背景（CMB）輻射是大爆炸的餘輝，在天空中的它們看似非常均勻。然而，威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）和其他望遠鏡，已經檢測到其微小的溫度變化或波動。而這些波動是由於物質團塊的密度略高於或低於平均值，這些團塊的增長取決於宇宙膨脹率和聲波傳播速度等因素，而聲波的速度又取決於質量能量密度和宇宙組成。由於這些聲波引起的振盪在CMB的波動範圍內表現為微妙的模式，科學家們透過WMAP高度準確地測量波動表明，所需的暗能量與超新星和聚類研究的結果一致。這種聲波模式仍然印在物質的分佈上，並在數百萬年後形成的星系分佈中顯示出來，這是對宇宙中暗能量的另一種檢查。

星系和星系團對光的引力，扭曲或剪下了遙遠星系的影象，而科學家們對這種失真的分析，則可以揭示暗物質的量隨著時間如何分佈。該資訊可以與暗能量對結構生長的影響的理論模型相結合，以顯示暗物質和暗能量的量與其他測定一致。從具有獨立年齡估計的宇宙膨脹率，推匯出的宇宙年齡的比較，更提供了對驅動膨脹加速的暗能量的重要檢查。已知最古老的恆星的年齡，將宇宙的年齡限制在了12到150億年之間，這再次與暗物質和暗能量的估計一致。一系列廣泛的天文觀測結果得出了一致的影象：其中宇宙質量能量預算的4。9％至5％是正常（重子）物質，如質子和中子，而其中的 68％左右都歸因於暗能量。

暗能量的兩個基本模型是什麼

愛因斯坦的引力理論必須得到改變，或者空間被一種神秘的能量形式所滲透，從而暗能量就可以導致加速。宇宙加速的觀測證據很強，但理解這種加速的起源是當代科學中最大的未解決問題之一。而暗能量的兩個基本模型，是指它與真空能量（空間相關的能量）在整個空間和時間內是恆定的，相當於所謂的“宇宙常數”；或一個在空間和時間上變化的能量場，科學家們稱之為“標量場”或“精華”。在這兩種情況下，提出一個解釋其工作原理的理論已經證明是難以捉摸的。

真空能量，是暗能量最直接的解釋，在數學上，它相當於在描述宇宙膨脹的方程中新增一個稱為宇宙常數的常數項，然而，真空能量的物理基礎是一個謎。愛因斯坦為了產生一個靜態宇宙而引入了宇宙學常數，然後當埃德溫·哈勃和其他人證明宇宙正在膨脹時，宇宙常數就會下降。後來，隨著量子力學的發展，人們意識到海森堡不確定性原理允許粒子在非常短的時間尺度（電子的大約萬億分之一秒）內閃爍和存在，因此，空的空間、或者真空，真的不是空的。科學家們在氫原子的能級和粒子質量的變化中，測量了這些所謂的虛擬粒子的效果。量子理論要求空的空間被填充顆粒（藍色）和反顆粒（紅色）在非常短暫的時間（t）存在，並且行進極短的距離（x）之後不斷地產生和消滅。

而標量場或精華，顧名思義，真空能量或宇宙學常數在空間和時間上是恆定的。由於存在稱為標量場，假設真空能量可以在空間和時間上變化，此類模型假設標量場能量密度在很早的時間跟蹤輻射和物質的能量密度，然後在以後的時間主導宇宙的能量密度。當暗物質和暗能量的能量密度幾乎相等時，這種追蹤屬性可以解釋我們生活在一個時代的宇宙巧合。已經提出了許多版本的標量欄位，但迄今為止還沒有出現過最受歡迎的版本。與真空能量一樣，對於為什麼標量場的強度如此小，或者對於暗物質和暗能量之間的關係，尚不存在令人滿意的物理解釋。

未來研究的一個重要目標，就是將真空能量和標量場區分為暗能量候選者。而最有希望的方法，是使用上述方法確定暗能量的密度和壓力之間的確切關係。這種關係可以表示為壓力= wx密度，其中w稱為“狀態引數方程”。對於真空能w = -1，而對於標量場，w可以小於或大於-1，並且它可以隨時間變化。迄今為止，所有觀察結果與w = -1一致，但其他值以及隨時間的變化也是可能的。暗能量的模型包括真空能量或標量場，這兩者都可以被認為是覆蓋空間中每個點的螺旋彈簧場，對於宇宙學常數而言，每個彈簧都將是相同的長度、並且不動；對於標量場而言，每個彈簧都將被拉伸到不同的長度。

暗能量是否也有存在可替代品

暗物質和暗能量的大尺度引力特性會影響宇宙膨脹率，而宇宙的膨脹率又會影響星系團的生長。但相比之下，超新星的觀測、測量宇宙中星系的大規模分佈，則對重力的性質不敏感，僅取決於宇宙的膨脹率。科學家們也尋求透過改變萬有引力的方式，來解釋宇宙加速度的模型、幾十萬年宇宙微波背景的波動，以及數十億年後星系團的增長。宇宙加速度可能是一個標誌，重力理論需要針對極大的距離尺度進行修改，或者我們所生活的區域是一個非常大的空間，並恰好比其他空間的密度要低得多。

科學家們對星系團的觀測，也已被用於測試 “f（R）重力”的另一種引力理論。而在這個理論中，宇宙膨脹的加速來自於重力的改變，而非源自外來形式的能量。透過將區域性宇宙中星系團的質量估計與f（R）重力的模型預測進行比較，並使用來自幾何研究的資料進行理論和觀察比較，結果表明並沒有證據顯示重力與愛因斯坦的理論大於1。3億光年。與此同時，在宇宙時間內，還對星系團快速增長的X射線觀測與愛因斯坦理論的預測進行了比較，並再次結合來自幾何研究的資料。最終發現觀察與理論之間幾乎完全一致，簡而言之，結果顯示，反對任何具有不同增長率的替代引力模型。尤其是具有5維的模型，預測聚類增長速度比愛因斯坦的理論慢，因為當它洩漏到額外維度時，重力會在大尺度上被削弱。

作為改變引力的替代方案，則是假設我們所居住的銀河系位於一個非常大、近球形區域的中心附近，而該區域的密度低於宇宙的平均密度。這種模型能否解釋宇宙加速的所有證據還有待觀察，如果暗能量是真空能量，那麼宇宙繼續加速膨脹，在大約1000億年的時間週期中，唯一可見的星系將是那些接近幾百萬光年的星系；如果暗能量是標量場，則可能的未來會取決於標量場的性質，可能將會停止膨脹而崩潰，它可能會像真空能量場景那樣或多或少地擴大，又或者是無限制地增加，而宇宙將以“大裂縫”結束，撕裂星系團、星系、恆星，以及最終的原子。

沙河不是流沙河 2020-02-11

就目前而言暗能量不存在可替代品，它是宇宙膨脹加速度的一個常用係數，所以來說宇宙加速度膨脹和他有很大的關聯。

pw2823508123 2020-02-11

首先暗能量是宇宙運動的一種能量，按照人類目前的水平還不能有效的測試，所以現在還不能推斷有不有替代品，很多科學家任按照目前的分析認為暗能力給了宇宙加速膨脹的一個動力。

薛無依 2020-02-12

就目前而言，科學界還沒發現暗能量存在什麼可替代品，因為沒有一種能量物質具備暗能量那樣的高強度引力！也正是因為暗能量的高強度引力吸收了更多的物質才導致了宇宙膨脹加速！這是一個相輔相成的疊加效應！

moneyib 2020-02-11

我認為按能量是不存在替代品的，因為他與宇宙膨脹加速之間是相輔相成的，他們兩個相互影響，相互促進。進一步的瞭解還需要我們去研究。