暗能量正在成為宇宙的黑暗能量？

知識 08-05

上期我在《暗能量到底是什麼能量？》

結尾處賣了個關子，留下一連串問題——

既然人類無法探測暗能量，你又是怎麼知道它的密度、比重、分布等相關數據的？

身為宇宙絕對莊家的暗能量，會對我們人類命運產生什麼影響？

未來會膨脹到撕裂地球、地球人的地步嗎？

本期保證回答乾淨，不留尾巴。

先說說暗能量、暗物質的數據，都是怎麼得到的？

首先保證不是我生造的，更不是科學家生造的，而是通過一整套解決方案科學得出的。事實上，這個過程相當複雜，涉及領域也很多，動用了很多物理理論、數學模型、計算技術、工程設計……

動用觀測設備和大型計算機，科學家最終算出宇宙總質量和總密度。

因為要對付的都是最純粹的暗貨——看不見、測不到的暗物質、暗能量！但辦法總是有的，這正好顯示出科學家的價值嘛！總之，科學家們動用了很多手段，才得到的科學數據。

為了瞧瞧科學家到底是怎麼解決這個最棘手問題的，下面我就把這個複雜過程簡化成幾個步驟，梳理成一張思維導圖——

除了這些步驟，我需要說明的是，

普通物質的數據最容易得到，直接間接方法總歸都能搞定；

暗物質的數據就難了，只能通過間接手段搞到；

暗能量的數據最難了，甚至連引力效應都沒有，更別提質量、密度等關鍵數據了。

但天無絕人之路，何況對於聰明絕頂的科學家來說，辦法總是有的。

說來也很簡單，簡單到最後用的是減法運算，就得到了暗能量數據！以暗能量總質量為例——

首先，科學家利用宇宙膨脹速度和加速度，先算出宇宙的總質量——背後到底是怎麼算出的？還是我前面說的那樣，科學家依靠很多物理理論和數學模型作為工具，動用觀測設備和大型計算機，最終算出來的，具體步驟從略。

普朗克衛星巡天觀測

接下來，科學家再動用一系列手段，間接探測暗物質，直接間接地科學手段對付普通物質，這樣就得到了明暗物質的質量。

最終利用減法運算，宇宙的總質量減去明暗物質的總質量，由此得出了暗能量的總質量。

看起來——天大的秘密背後，往往都是由簡單組成的。

宇宙三大構成的比重

問題來了，科學家們為什麼花那麼大力氣，非得要得到這些數據——宇宙三大構成的質量、密度等數據呢？越精確越好呢？

因為這些關鍵數據，決定著宇宙的未來、太陽系的未來、人類的未來！這麼嚴重！此話怎講？

先看宇宙總質量——

物質決定著空間如何彎曲或變形

廣義相對論告訴我們，物質決定著空間如何彎曲或變形，因為物質和能量是等價的，所以能量同樣決定著空間如何彎曲或變形。

那麼，推而廣之，整個宇宙的形狀，或者說宇宙空間的彎曲程度（學名叫空間曲率），就應該由宇宙的總質量決定。

於是，宇宙學家建立了一整套模型：宇宙作為一個整體來看，是開放的還是閉合的？是球面的，平面的，還是馬鞍面的？

為了方便衡量，這個理論引入一個標尺——臨界質量。

如果宇宙總質量＞臨界質量，宇宙就是球形的，也有人管它叫「愛因斯坦彎曲球」。我們不妨來次思想實驗，如果你朝一個方向打一束激光槍，理論上，這束激光就像在地球表面做直線運動一樣，最終還會回到你的原點。（當然了，前提是你能活到那一天，那束光能夠在宇宙末日來臨之前飛回來。）所以，這種球形宇宙也叫閉宇宙，閉合宇宙的意思。

如果宇宙總質量＜臨界質量，宇宙就是馬鞍形的。這種宇宙的大小是無限的，所以也叫開宇宙，無限開放的宇宙。

如果宇宙總質量=臨界質量，宇宙就是平面的。

根據科學家們的計算結果，目前我們的宇宙剛剛好就屬於第三種：宇宙總質量=臨界質量，宇宙總體來看平坦的。

事實上，宇宙學還有一套模型，就是通過宇宙總密度來衡量宇宙形狀，結果得到了同樣結論。