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宇宙最神秘的秘密竟然就藏在什麼都沒有的真空中!

這張模擬宇宙大尺度結構的圖片展示了浩瀚的星系網路,以及中間黑暗、空曠的宇宙空隙。(圖片:Nico Hamaus, Universit?ts-Sternwarte München, courtesy of The Ohio State University)

自然界在非常大的尺度上——太陽系、星團甚至是星系——出現了一種非常令人驚訝的模式。當你放眼的尺度足夠大,包含數千億顆恆星的星系縮小到只有一個光點的時候,你就會發現一張網。多個星系組成了又長又細的「繩」,綿延數百萬光年。成千上萬的星系團會湊成密集、緊湊、巨大的「結」。更多的星系會組成又寬又厚的「牆」。

宇宙網

宇宙網是自然界中最大的模式,它充滿了整個宇宙,巨大得幾乎霸道,但它看起來又像純絲一樣脆弱和精緻。

而在這個宇宙網的格子間,在牆、結和細絲的間隙中,有著巨大的宇宙空隙。這些空隙綿延2000萬到數億光年,是宇宙中的真正「沙漠」,其中幾乎完全沒有物質。從體積上看,我們宇宙中的大部分區域什麼都沒有。

但當涉及到理解宇宙的時候,「什麼都沒有」是非常強大的。

編織一張宇宙之網

儘管宇宙之網非常浩瀚、複雜、可怕,但它的起源卻出奇地卑微,生平故事也相當枯燥。

很久以前(大約138億年前),宇宙中還沒有星系,也沒有恆星。宇宙只有基本的組成部分:暗物質、氫、氦和少量的鋰,所有的這些東西和你在雜貨店裡買的牛奶一樣:幾乎均勻地分布在整個宇宙中。

但局部還是有一點細微差別的,有些點的密度更大,有些點的密度更小,密度大的點比密度小的點引力更大一些,因此,這些較重的點會拉攏它們的鄰居,然後變得更大,併產生更強的引力,而且這個過程還會繼續下去。

在數億年的時間裡,富人越來越富,窮人越來越窮。宇宙中的物質不斷流入密度大的點,後來,密度大的點會最終合併成第一批恆星、星系和星團。但這些物質必須得來自某個地方,所以隨著宇宙網的成長和進化,空隙中的物質也就被清空了。

宇宙化石

當然,這些空隙也並不完全是空的。在這些幾乎空無一物的區域里,漂浮著一些暗淡而分散的矮星系。而暗物質和一些氫也成功地在這些乾枯的空洞地帶中存活了下來。但總的來說,這些空隙確實是空的。不過諷刺的是,正是由於這種真空,這些空隙中充滿了一種東西:暗能量。

暗能量是我們給宇宙加速膨脹以及它的成因所取的名字,我們並不真正知道暗能量是什麼,但我們目前最好的猜測認為它與時空本身的真空有關;哪裡有真空,哪裡就有暗能量。所以,從技術上來講,你現在所處的這個房間里有暗能量,這些暗能量存在於原子之間和原子內部的真空中,但是這些暗能量不強,所以它很容易被其他物質的存在所掩蓋——物質,輻射等都可以輕易地掩蓋暗能量的存在。

你也無法體驗暗能量,因為你所處的環境充滿了物質。但是那些真空是空的,那裡沒有什麼能與暗能量競爭,這就意味著那些地區是暗能量主導的地方。

宇宙的加速膨脹發生在這些真空中,而這些真空會推動它們周圍的環境,將星系分開,並溶解花了數十億年時間才形成的巨大宇宙網路。

因此,如果你想了解暗能量,自然界迄今為止最神秘的秘密之一的話,首先你必須要學會凝視真空。

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