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宇宙是在加速膨胀还是减速膨胀?有什么证据?

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这里先说明一点,天文学研究天文现象时,所采用的是一个个模型,这是因为在天文学领域,做观测时,所能够掌握的数据量极其少,这时候,就得依靠模型来匹配。模型说白了就是一次观测和理论物理学的有机结合体。而研究宇宙的状态其实是和宇宙模型有关的。

而最早关于宇宙的模型是地心说模型,之后又出现了日心说模型,然后有牛顿的宇宙模型,还有爱因斯坦的宇宙模型,当然,还有一个稳恒态模型等等。

当然,也有我们熟悉的宇宙大爆炸模型,可是其实宇宙大爆炸模型并不是我们如今正在使用的宇宙模型,如今正在使用的宇宙模型叫做ΛCDM模型。那什么是ΛCDM模型呢?

ΛCDM模型

如果我们要把ΛCDM模型直接简单粗暴地翻译过来,那应该叫做“宇宙学常数-冷暗物质模型”,所以,你看,在这个模型里面你实际上连一个大爆炸的字眼都看不到。但并不是说,这个模型和大爆炸没有关系,它实际上是基于大爆炸理论建立起来的,但是它同时又描述出了目前科学家正在关心的两个宇宙的普遍问题。

首先,我们来说冷暗物质,暗物质其实你应该并不陌生了,之前中国悟空探测器就曾经对外宣布:可能找到了暗物质的证据。这个暗物质到底是干嘛的呢?

简单一句话,它是星系的粘合剂,意思是如果没有暗物质,星系就会分崩离析。你还别不信,我们要先搞清楚,星系实际上是依靠引力拽住各种天体的。如果你甩过那种带线的耳机,你就会发现,甩得越快,耳机就越容易飞出去,所以你就需要更大的劲拉住。现在很多星系就是这样,外围的恒星走得特别快,按照目前的理论计算,引力是不足以拉住它们的,之所以能够来住它们就是因为暗物质提供了额外的引力。所以,我们才说暗物质是星系的粘合剂,如果没有了它,星系就会散架。

宇宙学常数 Λ

至于宇宙学常数是干嘛的呢?这要从爱因斯坦说起,爱因斯坦在提出广义相对论的时候,就发现自己的提出的引力场方程和自己的理念不一样,具体来说就是,爱因斯坦觉得宇宙是永恒的,不变的,而方程则告诉他,宇宙在膨胀。于是,为了让方程符合自己的预期,他加了一个宇宙学常数来抵抗宇宙膨胀,让这个方程描述的宇宙是静态的。

看到了吧?这里的宇宙学常数用到的就是符号Λ。可是好景不长,哈勃通过观测星系的红移,他就发现,宇宙是在膨胀的,这简直就是强行打脸爱因斯坦。

爱因斯坦也很尴尬啊,没办法,宇宙学常数对来说简直是人生的一大败笔,于是,该拿掉就得拿掉。

神反转

你以为这事就这么完了么?其实并没有,后来1998年,几位科学家为了确认宇宙具体的膨胀效应,是加速膨胀呢,减速膨胀还是匀速膨胀?于是,他们观测了一种叫做1a型的超新星。

这种超新星被叫做标准烛光,这是因为这是由白矮星通过袭吸积的机制使质量几乎一致,所以它们就会产生抑制的峰值光度,也就是说,可以利用这个特点来测量宿主星系。

他就发现,宇宙竟然是在加速膨胀的。而这个结果还是两个科研小组各自独立发现的结果,并且得到了确认。

所以,2011年,诺贝尔物理学颁给了两个科研小组的负责人。

而这个方向,说明了什么呢?爱因斯坦的引力场方程需要加一个常数,之前去掉宇宙学常数,因为宇宙在膨胀,去掉后,就是匀速膨胀的结果,而这次还要再加上一个宇宙学常数,这个常数表述的其实就是加速膨胀的结果。也就是说,事情发生了神反转,爱因斯坦的宇宙学常数又得到了复活。(虽然两次所表述的意义是不同的)

也正因此,宇宙学常数Λ被用来表达宇宙加速膨胀的效应,而科学家认为宇宙中应该存在一种真空能,它提供与引力相反的斥力,这才使得宇宙加速膨胀。并且把真空能命名为暗能量。通过计算,我们可以得知,暗能量占到了全宇宙68.3%的总量。

所以,实际上ΛCDM模型是暗能量-暗物质模型。而这里的暗能量就是使得宇宙加速膨胀的原因。

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