暗能量的前世今生

引言

关于暗能量概念的起源，还得追溯到爱因斯坦在1915年由他提出的广义相对论导出的一组引力方程，方程的结果都预示着宇宙是在做永恒的运动，这个结果与爱因斯坦的静态宇宙观点相违背，为了使这个结果能预示宇宙是呈静止状态，爱因斯坦又给方程式引入了一个项，这个项称之为宇宙学常数。

1997年12月，作为大红移超新星搜索小组的成员的哈佛大学天文学家罗伯特·基尔希纳根据超新星的变化显示，宇宙膨胀速度非但没有在自身重力下变慢反而在一种看不见的、无人能解释的、神秘力量的推动下变快，人们只是预测，我们所处的这个宇宙可能处于一种人类还不了解的未知物质作用之下，这种物质不同于普通物质的一切属性及其存在和作用机制，这种物质因其绝对不同于人们所熟知的普通物质形态，故而物理学家将其具备的作用称之为暗能量。

暗能量的属性

暗能量的主要属性就是排斥力，它所提供的排斥机制推动空间在大尺度上加速膨胀，星系依附于空间的膨胀渐行渐远

，星系自己没动，是空间的膨胀增加了星系之间的距离。打个比喻，用一支蜡笔在气球表面画上很多个点，往气球里吹气，随着气球的膨胀变大，气球表面的点与点之间的距离就越来越远，然而气球表面上蜡笔画的点是固定的，它们自己并没有运动，这个膨胀变大的气球就类似宇宙空间，气球表面蜡笔画的不同点就类似星系。假设未来暗能量的排斥机制一直占主导地位，哪么未来的宇宙就会被膨胀到一定程度进入大撕裂阶段。到时候星系分崩离析，天体土崩瓦解，物质包括人体都分解成一个个基本粒子。如果未来暗能量的含量降低，引力占主导地位，哪么宇宙最后将停止膨胀，由自身引力作用进入大坍缩阶段。宇宙未来的命运取决于暗能量的排斥机制与宇宙中物质总质量的引力对抗结果。

宇宙学上的引力红移

指物体的电磁辐射由于某种原因频率降低的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长、频率降低。红移的现象多用于天体的移动及规律的预测上。其机制为空间的大尺度膨胀。这种膨胀机制说明了在遥远的星系、类星体，星系间的气体云的光谱中观察到的红移现象，其红移增加的比例与距离成正比。这种关系为宇宙膨胀的观点提供了有力的支持，比如大爆炸宇宙模型。宇宙学红移主要表现为天体发出的光波被拉长，频率降低，谱线因此变红，这称为宇宙学红移，并由此得到哈勃定律。20世纪60年代发现了一类具有极高红移值的天体（类星体），成为近代天文学中非常活跃的研究方向。

宇宙学红移在100个百万秒差距的尺度上是非常明显的。但是对于比较近的星系，由于星系本身在星系团中的运动所造成的多普勒红移和宇宙学红移的量级差不多，你必须仔细的别开这两者。通常星系在星系团中的速度为3000km/s，这大约与在5个百万秒差距处的星系的退行速度差不多。

标准烛光测距法

标准烛光是指天文学中已经知道光度的天体，而在宇宙学和星系天文学中获得距离的几种重要方法都是以标准烛光做基础的。用作物理距离指示的几乎所有天体都属于具有已知亮度的类别。 通过将该已知亮度与天体的观测亮度进行比较，可以使用反平方律计算到物体的距离。 这些已知亮度的天体就是天文学上的标准烛光。

暗能量的本质

真空零点能

暗能量的本质学术上还没有统一定论，不过有各种候选模型。

暗能量最大概率是空间的固有属性，空间在普朗克尺度上时时刻刻都在产生量子涨落，在量子涨落过程中正反虚粒子对诺隐诺现，它们碰在一起互相湮灭，从而释放能量，这种空间固有的真空零点能很大概率就是暗能量，空间不断膨胀变大，在普朗克尺度上不断的创造出更多的真空零点能，再推动宇宙更快速膨胀，如此循环往复。

负质量

负质量（或者负能量）的作用机制与正质量刚好相反，它们具有反引力效应，因为他们的受力作用相反，你用手推它一下，它不会向着受力方向运动，而是向着受力的反方向运动。负质量的物理性质与虫洞的存在必不可分，它的性质我在前期文章中也有所提到。近几年有物理学家企图将暗能量与暗物质统一理解，用负质量的双向力作用机制（既能吸引同时又具备排斥性质）代替暗物质与暗能量。将这一理论发表在《天文学与天体物理学》杂志上，如果该理论正确的话，就能够单独解释宇宙中两个最神秘的现象：暗能量和暗物质。

将两个质量相乘，以获得它们相互引力的强度。根据定义，两个正质量总是会产生吸引力。两个负质量应该也互相抵消彼此的排斥属性，所以也产生吸引力。但是对于一个负质量和一个正质量，最终的引力具有相反的符号，这使得它具有排斥性。

要使相同的负质量物质也模拟暗能量，需要一个额外的巨大假设，因为我们的负质量会随着宇宙的膨胀而稀释。为了解决这个问题，Farnes提出这些负质量是随着宇宙膨胀而不断产生的。这使负质量的密度保持不变，而正质量的密度持续下降。结果是一种非常分散的负质量流体，充满了宇宙并不断地自我补充。

前面我说过恒定的正能量密度可以表示为正宇宙学常数Λ，一个正的Λ会导致反重力负压。而一个恒定的负能量密度给出了一个负的宇宙学常数，这会产生正压，并且正压会增加引力。这种引力对于负质量来说意味着排斥，所以会产生与暗能量相同的效应。

此外，他们还做了一些与负宇宙常数Λ一致的计算。他使用第一个弗里德曼方程得出了结论，一个具有负宇宙学常数的宇宙应该有一个正弦比例因子。这意味着宇宙应该在大小上无休止地振荡，也就是说宇宙从零开始膨胀至第一个峰值，然后再次坍缩。

第五种基本作用力

还有部分物理学认为暗能量所代指的排斥机制可能预示着宇宙中存在区别于传统四大基本作用力（强核力，弱核力，电磁力，引力）的第五种作用力。这种新的第五种基本作用力具有唯一的属性就是排斥机制。它由某种单一规范玻色子传递作用，在大尺度上推动宇宙加速膨胀。