暗能量在宇宙中的作用

2.神奇力量——暗能量

在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的，这一临界值用来区分宇宙是封闭的还是开放的。

与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。

暗能量

当科学家意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。

暗能量和暗物质的唯一共同点是：它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀地分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70%～80%的差异。

之后，天文学家通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。

天文学家威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器的观测也独立地证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。

暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。

按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的特性，以及宇宙的过去和未来。如果加上暗能量的话，情况就完全不同了。

星际暗物质

首先，总能量密度（物质能量密度与暗能量密度之和）决定着宇宙的几何特性。其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前证实宇宙在加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。

不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成。如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及“星系长城”。而在大尺度上能够促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。

另一方面，参与辐射的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常得小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论，因此得名。

但是如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道的两种暗物质是中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。

暗物质是决定宇宙的力量，它直接导致了宇宙星系结构的形成。因此，揭开神奇奥妙的暗物质就是人类打开宇宙星系形成的一把钥匙。

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暗能量假说

“暗能量假说”是科学家对未来宇宙命运的一种大胆设想，是建立在暗物质所蕴涵的巨大能量的基础之上的。假说认为，在未来亿年之后，星系不断地漂移远去，宇宙终将变得寒冷、黑暗、没有尽头……而这，还远不是宇宙最令人心寒的结局——宇宙可能还有一种更悲惨的下场：万物将被撕裂，宇宙将终结。

暗能量

目前，关于暗能量的来源主要有两种理论。一种观点认为，暗能量类似爱因斯坦“宇宙常数” 所假设的，是一种从真空中弥漫出来的能量，不会随时间改变，密度固定。但也有科学家提出，暗能量与一种变化的动态能量场相关，密度随时间而改变。

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按照暗能量稳定存在的假设，宇宙将会永远加速膨胀下去；而如果暗能量本身不稳定，那么宇宙有可能迎来动荡的末日。已经有迹象表明，这种动态的能量场似乎正变得日益强大，宇宙中暗能量的密度有不断增加的趋势。这意味着，爱因斯坦所发现的宇宙常数似乎在随着时间的推移在增长。

如果真是这样，那宇宙的前景将更加悲惨。暗能量越来越大，直到最后失控，不仅使宇宙膨胀的速度增加，更使其加速度也在不断增加，结果将是一场宇宙大崩裂。

显然，宇宙的情况也是如此。如果宇宙仅仅是速度增加，而加速度是恒定的，所有的星系最终都将超越光速相互退行飘离，结果，每个星系都会在一个寒冷、黑暗的宇宙里像幽灵一样的飘荡。但加速度的急剧变化将使宇宙膨胀的速度快到不可思议，强大的暗能量将撕裂宇宙中所有捆绑在一起的物体。它会撕裂星系的星群，它会撕裂恒星，它会撕裂行星和太阳系，直至最终撕裂一切。

而这一切都取决于宇宙中暗能量的密度是不是在不断增加。暗能量，这个躲藏在黑暗中的神秘力量，才是宇宙命运的真正主宰。