暗能量光譜儀器（DESI）第一年數(shù)據(jù)的弱表插圖，顯示了DESI在其五年調(diào)查期間正在構(gòu)建的明宇更大3D地圖的一部分。（圖片來(lái)源：uux.cn/DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P.Horálek/R.Proctor）
（神秘的告終地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：目前宇宙、其歷史和演化的大崩潰“標(biāo)準(zhǔn)模型”被稱為L(zhǎng)ambda冷暗物質(zhì)（LCDM）模型，但該模型的弱表至高無(wú)上地位，其中Lambda代表宇宙學(xué)常數(shù)和暗能量，明宇現(xiàn)在可能受到嚴(yán)重威脅。告終
簡(jiǎn)言之，大崩潰這是弱表因?yàn)閷?duì)宇宙的新觀測(cè)表明，導(dǎo)致宇宙膨脹越來(lái)越快的明宇暗能量似乎正在減弱。這本身聽(tīng)起來(lái)可能不算什么，告終但這一發(fā)現(xiàn)實(shí)際上有可能導(dǎo)致宇宙學(xué)自25年前發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹以來(lái)的大崩潰首次重大范式轉(zhuǎn)變。它甚至可能表明，弱表宇宙不會(huì)以“大撕裂”或“大寒”結(jié)束，明宇而是以“大擠壓”結(jié)束。稍后，首先，讓我們深入研究這些迷人的結(jié)果。
關(guān)于暗能量演化的新線索是有史以來(lái)最深的宇宙地圖之一的一部分，該地圖是利用暗能量光譜儀器（DESI）收集的第一年數(shù)據(jù)構(gòu)建的。該儀器的5000只機(jī)器眼收集來(lái)自數(shù)百萬(wàn)個(gè)星系的光，這些星系覆蓋了我們從地球上看到的整個(gè)天空的三分之一以上。然后，這些光被分解成一系列顏色，使科學(xué)家能夠通過(guò)測(cè)量被稱為“紅移”的光波長(zhǎng)變化來(lái)測(cè)量數(shù)十億年來(lái)宇宙的膨脹
在不超過(guò)DESI任務(wù)運(yùn)行時(shí)間的五分之一的時(shí)間內(nèi)收集到的數(shù)據(jù)，已經(jīng)預(yù)示著重大的變革，并讓宇宙學(xué)家對(duì)接下來(lái)的事情感到興奮。
前DESI團(tuán)隊(duì)成員、哥倫比亞大學(xué)ECCI的宇宙學(xué)家LuzÁngela García Peñaloza告訴Space.com：“這些結(jié)果的發(fā)布對(duì)宇宙學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)偉大的日子，表明暗能量的影響隨著時(shí)間的推移而‘減弱’，這意味著暗能量正在進(jìn)化，因此，它畢竟不是恒定的。”
宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型是什么？
LCDM模型表明，在大爆炸之后，宇宙密度很大，非常熱，但也非常光滑，在各個(gè)方向上或多或少相同或同質(zhì)。
隨著宇宙的膨脹，密度開(kāi)始出現(xiàn)微小的波動(dòng)，這些密集的斑塊也在增長(zhǎng)。隨著宇宙的演化，暗物質(zhì)團(tuán)開(kāi)始凝結(jié)，新形成的原子聚集并刺激這些團(tuán)中的氣體分子。這導(dǎo)致了一個(gè)充滿氫和氦（兩種最輕、最簡(jiǎn)單的化學(xué)元素）以及暗物質(zhì)的宇宙。
電子與質(zhì)子結(jié)合產(chǎn)生第一個(gè)原子意味著光突然可以自由傳播，而這第一個(gè)光今天被視為宇宙微波背景（CMB），這是一種“化石”輻射，可以告訴我們很多關(guān)于宇宙歷史的信息。
密度更高的區(qū)域?qū)怏w和暗物質(zhì)聚集在一起，形成了LCDM模型中第一批星系的種子，這些星系坍塌成了原始星系。在這些早期星系中，氫氣和氦氣創(chuàng)造了第一批恒星。最后，原星系和它們周圍的光環(huán)合并形成了越來(lái)越大的星系。
然而，重要的是，在這個(gè)模型中，暗能量由λ表示。λ應(yīng)該是恒定的。
García Peñaloza說(shuō)：“DESI發(fā)現(xiàn)宇宙的‘狀態(tài)方程’與通常的LCDM模型不一致，但相反，它顯示出暗能量隨時(shí)間變化的跡象。”。“這些發(fā)現(xiàn)為可變暗能量模型打開(kāi)了一扇窗戶，因?yàn)樗鼈冿@示了對(duì)常數(shù)狀態(tài)方程的偏離。
“這非常令人驚訝，因?yàn)榈侥壳盀橹梗蠖鄶?shù)宇宙學(xué)觀測(cè)都支持LCDM模型。整個(gè)宇宙學(xué)界都非常震驚。”
如果DESI的這些新發(fā)現(xiàn)被證明是準(zhǔn)確的——而且它們目前看起來(lái)非常穩(wěn)健——那么宇宙學(xué)常數(shù)可能不再是暗能量神秘力量的合適代表。
然而，一些物理學(xué)家可能歡迎廢除宇宙學(xué)常數(shù)。幾十年來(lái)，它不僅一直是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題，而且這也不是我們對(duì)宇宙日益增長(zhǎng)的理解第一次有理由對(duì)其進(jìn)行處理。
回到理論垃圾箱
自20世紀(jì)初以來(lái)，以希臘字母Lambda表示的宇宙學(xué)常數(shù)一直給物理學(xué)家?guī)?lái)很大的問(wèn)題。
1915年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦發(fā)布了可以說(shuō)是他最具革命性的廣義相對(duì)論，該理論將引力描述為一個(gè)從空間和時(shí)間的曲率中產(chǎn)生的概念——一種由有質(zhì)量的物體引起的曲率。
兩年后的1917年，愛(ài)因斯坦和荷蘭天文學(xué)家Willem de Sitter證明了廣義相對(duì)論方程可以用來(lái)描述宇宙，盡管它是一個(gè)高度簡(jiǎn)化的宇宙。然而，出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題；廣義相對(duì)論方程描述的宇宙并不是靜止的宇宙。當(dāng)時(shí)，在物理學(xué)中，普遍的共識(shí)是宇宙是靜止的，既不膨脹也不收縮，愛(ài)因斯坦同意這一共識(shí)。因此，他在他的方程中添加了一種“模糊因子”：宇宙學(xué)常數(shù)，或lambda。
這平衡了宇宙，增加了正確的推力和拉力，使其保持靜止。

宇宙常數(shù)（lambda）被送回宇宙垃圾箱的插圖。（圖片來(lái)源：uux.cn/Robert Lea）
大約12年后的1929年，埃德溫·哈伯在研究遙遠(yuǎn)的星系時(shí)發(fā)現(xiàn)，來(lái)自它們的光正在被拉伸或“紅移”。他認(rèn)為，星系離得越遠(yuǎn)，這種影響就越大。這表明宇宙不是靜止的，而是在膨脹。科學(xué)家們將在接下來(lái)的70年里試圖測(cè)量這種膨脹的速度，這是由一個(gè)被稱為“哈勃常數(shù)”的值決定的
愛(ài)因斯坦不再需要描述一個(gè)靜態(tài)的宇宙，他從宇宙方程中刪除了宇宙學(xué)常數(shù)，據(jù)稱他將lambda的引入描述為自己的“最大錯(cuò)誤”。但宇宙學(xué)常數(shù)不會(huì)在宇宙垃圾桶里呆太久。在20世紀(jì)末之前，lambda將以一種新的方式回歸。

Ia型超新星的動(dòng)畫(huà)，天文學(xué)家用來(lái)發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”恒星爆炸正在加速。（圖片來(lái)源：uux.cn美國(guó)國(guó)家航空航天局）
1998年，兩個(gè)獨(dú)立的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)在對(duì)遙遠(yuǎn)的1a型超新星進(jìn)行觀測(cè)并將其用作宇宙距離測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹實(shí)際上并沒(méi)有像人們預(yù)期的那樣放緩。它正在加速。然后，暗能量被引入，作為導(dǎo)致這種加速膨脹的占位符。
García Peñaloza說(shuō)：“盡管它占宇宙總物質(zhì)和能量預(yù)算的70%，但沒(méi)有人知道它是什么。”。
在許多宇宙模型中，包括流行的LCDM模型中，暗能量由拯救的宇宙學(xué)常數(shù)或lambda表示，該常數(shù)現(xiàn)在起到對(duì)抗引力的作用，并以更快的速度將空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)分開(kāi)。
盡管如此，在被引入作為空間加速膨脹的一個(gè)值之后，宇宙學(xué)常數(shù)仍然是一個(gè)問(wèn)題。觀測(cè)遙遠(yuǎn)超新星所提供的值和量子物理理論預(yù)測(cè)的值繼續(xù)變化很大，相差多達(dá)10的121次方（1后面跟著121個(gè)零）。
更接近于理解暗能量嗎？
要想理解為什么暗能量和宇宙加速膨脹如此令人震驚，可以考慮這個(gè)地球上的類比：想象一下，給一個(gè)蕩秋千的孩子一個(gè)大推力。這類似于宇宙大爆炸，它引發(fā)了宇宙的膨脹。隨著時(shí)間的推移，揮桿可能會(huì)變慢，并逐漸達(dá)到弧線中的較低點(diǎn)，對(duì)吧？這類似于宇宙的膨脹隨著宇宙的老化而減慢。
但是，突然之間，當(dāng)揮桿幾乎停止時(shí)，你不需要再用力，想象一下它突然恢復(fù)運(yùn)動(dòng)。不僅如此，想象一下它擺動(dòng)得越來(lái)越快，達(dá)到越來(lái)越高的點(diǎn)。這相當(dāng)于宇宙學(xué)常數(shù)用來(lái)描述的暗能量的作用。
難怪科學(xué)家們急于確定這種額外宇宙推力的原因；暗能量似乎越來(lái)越弱的發(fā)現(xiàn)給情況增加了一層復(fù)雜性。
García Peñaloza解釋道：“這是一個(gè)很好的跡象，表明LCDM模型可能并不是暗能量本質(zhì)的‘最終答案’。”。“這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但這些結(jié)果可能并沒(méi)有讓我們更接近這個(gè)答案；它們更多地告訴我們?nèi)绾蚊枋雠c時(shí)間有關(guān)的暗能量，可能是一種充滿宇宙的流體，可以用一個(gè)不恒定的狀態(tài)方程來(lái)描述。”

在這張長(zhǎng)時(shí)間曝光的夜空照片中，一些奇怪的恒星軌跡與北極星（北極星）不同。這是因?yàn)檫@些實(shí)際上不是恒星，而是流星，或者在8月中旬達(dá)到頂峰的英仙座流星雨期間從太空墜落的流星。天體攝影師馬克西姆·塞寧在洛杉磯帕德雷斯國(guó)家森林的洛杉磯天文學(xué)會(huì)黑暗天空現(xiàn)場(chǎng)拍攝到了這張照片。一張長(zhǎng)時(shí)間曝光的照片顯示了地球上恒星的軌跡。如果宇宙膨脹的加速度在億萬(wàn)年內(nèi)是恒定的，那么這樣的圖像將是不可能的。（圖片來(lái)源：uux.cn/Maxim Senin）
回到秋千的比喻，發(fā)現(xiàn)是什么導(dǎo)致了額外的、看不見(jiàn)的推力，對(duì)于理解孩子在秋千上的命運(yùn)至關(guān)重要：他們會(huì)降落在灌木叢中、安全地降落在地面上還是被發(fā)射到太空？同樣，理解暗能量至關(guān)重要，因?yàn)樗倪M(jìn)化或缺乏將決定宇宙的命運(yùn)。它甚至可以向我們展示我們未來(lái)從地球上看到的景象。
García Peñaloza說(shuō)：“有一種情況是，如果暗能量是不變的宇宙學(xué)常數(shù)，那么在億萬(wàn)年后，所有星系都會(huì)相互遠(yuǎn)離，以至于地球上的夜空將空無(wú)一人。”。
這可能導(dǎo)致宇宙最終成為一個(gè)由大范圍分離的死星系組成的寒冷宇宙，即所謂的“大寒”場(chǎng)景。或者，持續(xù)加速的膨脹可能導(dǎo)致時(shí)空結(jié)構(gòu)撕裂，這種場(chǎng)景被稱為“大撕裂”
然而，新的DESI地圖可能表明了一種不同的宇宙命運(yùn)，即宇宙再次坍塌到大爆炸后的高溫致密狀態(tài)。García Peñaloza補(bǔ)充道：“如果DESI第一年的結(jié)果是真的，那么宇宙的加速膨脹將停止并最終逆轉(zhuǎn)，宇宙可能會(huì)在引力的影響下開(kāi)始融合。”。“這可能最終導(dǎo)致宇宙以‘大崩潰’的場(chǎng)景結(jié)束。”
García Peñaloza和其他宇宙學(xué)家渴望看到未來(lái)四年的DESI觀測(cè)為我們理解宇宙、宇宙起源和宇宙命運(yùn)帶來(lái)了什么。
García Peñaloza特別表示，在DESI運(yùn)行的第二年和第三年，望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該會(huì)探索紅移空間畸變，這些數(shù)據(jù)使本已穩(wěn)健的DESI結(jié)果更加令人印象深刻。DESI結(jié)果的最后一年應(yīng)該與歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡第一年數(shù)據(jù)的發(fā)布相吻合，該望遠(yuǎn)鏡于2023年7月1日發(fā)射，為我們理解宇宙提供了強(qiáng)有力的“雙重打擊”。
García Peñaloza總結(jié)道：“我們將從兩個(gè)完全不同的任務(wù)中對(duì)宇宙有一個(gè)非常互補(bǔ)的愿景。”。“它們將為我們提供一個(gè)全新的視角，讓我們了解宇宙的行為，以及暗能量如何塑造更大規(guī)模的宇宙結(jié)構(gòu)。”

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