異乎尋常的早期黑暗能量，被稱為「哈勃張力」的分歧是什麼？

作者：文/虞子期

在宇宙這個空間里，有許多具有特定概念的詞語。早在20年之前，科學家們就提出了無形暗能量的存在，用於解釋宇宙膨脹正在加速的驚人發現。在宇宙結構和演化最常用的天體物理模型中，總是將暗能量視為常數。並且，這種未知又充滿神秘的能量形式會滲透到太空中，然後以足夠快的速度向外投射宇宙。但是，由於科學家們發現了兩種截然不同的速度，出現了CMB率和其他估計值不一樣的情況，而這種計算方式又依賴於宇宙學模型，因此，模型中必須缺少某些東西。簡而言之，宇宙中的暗能量，比我們預想的更加複雜。

被稱為「 哈勃張力」的分歧

對於科學家們現在所知道的信息而言，宇宙中的某些東西並不完全正確，隨著時間的推移，恆星、星系、黑洞，以及其他天體之間的距離變化越來越快。有科學家提出了被稱為Lambda冷暗物質（LCDM）的模型，它對暗物質的性質施加了限制，暗物質這種物質雖然會施加引力，但並不會發光，並且似乎與重力相反。LCDM成功地再現了宇宙微波背景和星繫結構，甚至是宇宙中氫和氦的數量。然而，它卻無法解釋，為何現在的宇宙比以前的擴張速度更快。下圖這個哈勃望遠鏡圖像，顯示的是一個雙重成像的類星體，是測量哈勃常數的新技術，以幫助天科學家們更好地了解隨時間的變化情況，宇宙膨脹率如何變化。

哈勃常數的準確測量，可以讓科學家更多地了解宇宙飛散的速度，提供了有關暗物質和暗能量的線索。為了計算哈勃常數，科學家們可以從這種差異中，精確確定我們和類星體、中間星系之間的距離。通過測得的距離和物體的紅移進行比較，或是將光的波長向光譜的紅端進行比較表明：當宇宙膨脹時，物體的光線已經拉伸了多少。通過結合雙鏡頭系統的新結果，以及其他三個先前測量的四鏡頭系統，哈勃常數的值達到72.5(km/s)/Mpc。雖然這個結果和其他局部宇宙測量值一致，但仍比早期宇宙的測量值高出約8％。

異乎尋常的早期黑暗能量

通過宇宙的第一道光（宇宙微波背景輻射/CMB）說明了，與附近宇宙中的超新星和脈動恆星的研究相比，空間擴展的速率更低。在宇宙膨脹率測量中產生的差異，或許可以通過宇宙中存在的一種奇異暗能量形式來解釋，而這種所謂的早期暗能量是存在於宇宙的初期，因為很快就閃現，所以出現了擴張率不同的情況。當改變宇宙早期擴張速度的缺失部分時，也對CMB的外觀產生了一些影響，從而揭示了為什麼科學家們的測量結果會低於預期。想要證明暗能量是否確實存在於早期宇宙，或許可以通過未來CMB的搞解析度觀測來實現。

當然，這種早期暗能量的作用時間，相對於宇宙時間而言並不是太久，或許在幾十萬年後便衰退，大約會影響大爆炸後十萬年左右的擴張速度，此時的宇宙中，早期的暗能量可以達到總密度的10%左右。這種暗能量的作用就像是一個暫時的早期宇宙常數，這也解釋了如今宇宙加速現象和大爆炸後的擴張中可能存在的未知因素。所以，只要它一旦消失，我們的宇宙膨脹就會重新恢復為現代宇宙常數，即當前暗能量的定義。科學家們還將對大規模的星繫結構進行研究，並結合更多新的任務，以揭示早期暗能量對宇宙形成多帶來的影響。

大爆炸殘餘輻射之微波背景

大爆炸或宇宙開始時的剩餘輻射，被稱為宇宙微波背景（CMB），當宇宙誕生時，它經歷了快速的膨脹和擴張，代表了宇宙大爆炸之後所留下的熱量。在宇宙中無處不在的它，僅比絕對零度高2.725度（零下459.67華氏度，或零下273.15攝氏度）。雖然我們無法用肉眼看到CMB，但是它的輻射在電磁波譜的微波部分最為明顯。普朗克衛星所拍攝的宇宙微波背景輻射圖像，便顯示了天空中的微小變化。

對科學家們而言，CMB和暗能量一樣，可以幫助我們了解早期宇宙是如何形成的。不同的是，它處於一個均勻的溫度，只有很小的波動可以通過精確的望遠鏡觀察到。通過研究這些波動，宇宙學家可以了解星系的起源和大型星繫結構，還可以測量宇宙大爆炸理論的基本參數。因為CMB光子幾乎不會受到氫氣的影響，所以光子以直線傳播。當CMB光子最後擊中物質時，宇宙學家會提到「最後散射的表面」; 而在那之後，宇宙太大了。因此，當科學家們再繪製CMB圖的時候，正在回顧大爆炸後38萬年，即宇宙對輻射不透明之後。

暗能量的發現和宇宙擴張

在宇宙中，尋常的能量（輻射）、重子和冷暗物質，壓強都是非負的，而負壓卻是暗能量的基本特徵，並以一種旋渦運動的形式出現（暗能量旋渦場），它幾乎均勻的分布在宇宙空間中，正是這種未知的負壓物質主導今天的宇宙。暗能量的存在，為宇宙常數提供了新的可能性，當暗能量稱為宇宙常數，那麼，它的力量強弱便只和宇宙的大小有關，暗能量會隨著宇宙的膨脹逐漸增大。當然了，宇宙常數距離成為一種確定性的暗能量理論還差得很遠。

當129年科學家們研究了超新星的爆炸恆星，確定了宇宙正在膨脹之後，科學家們開始了確定該速度有多快的研究。發現有一種力量對宇宙施加制動，具有將所有物體都拉到一起的力量。而後，科學家們再次將目光轉移到超新星，以計算減速度。然而在整個過程中，都沒有發現宇宙的膨脹速度有所減緩，反而呈現出了正在加速的勢態。於是，科學家們將這種可以抵消重力的東西稱為暗能量。通過計算克服這些重力所需要的能量計算得出，宇宙中的暗能量大約佔比68%,而我們所熟悉的「正常」物質佔比還不到5%。雖然，暗能量構成宇宙的大部分，占宇宙的近四分之三，科學家尚不自其如何運作，也不確定它具體是什麼。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！