宇宙为什么会加速膨胀??

人类的观测

在日常生活中,我们可以明显感受到“万有引力”的存在,因为任何腾空的物体只要你不加以能量去维持,那它就会掉落到地上,而这就是“万有引力”导致的。其实“万有引力”导致的危机有很多,连科学大神牛顿都一度很无奈。

我们可想象一下,如果宇宙真的是物质主导的,那就是引力主导,这就会使得一个结果,因为引力都是指向指向的,所以宇宙会收缩到一个点上。可是事实上,宇宙并没有收缩成一个点,否则就不会有我们,于是,牛顿就认为宇宙是无限大的,没有一个中点,处处引力都是一样,这样就可以确保不会收缩,但宇宙为什么是无限大?牛顿并没有给出合理的解释。

这也就是引力引发的第一次危机,而解决方式也很牵强。说白了,就是对于宇宙还了解得太少。

现在我们知道,在宇宙中存在四种作用力,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用和万有引力。

人类观测依靠是电磁相互作用,说白了就是天体的光子(电磁波)传播到地球上,然后被我们的探测器捕捉到,我们才看到的。(理论上我们还可以通过引力波或者中微子,不过目前技术还不是很成熟。)

观测方式和感受方式极大的局限了人类的视野,让我们以为这个世界就是我们看到的这样的。但实际上,这个世界远比我们想象的要复杂得多,这是因为我们只看到了宇宙的极其小的一部分,科学家通过理论计算,就发现星系边上的恒星都跑的特别快。要知道速度越快,意味着所需要的引力就越大。

那多余的引力到底在哪里?后来,通过各种观测设备和理论计算,科学家终于发现,宇宙中存在暗物质,它其实提供了额外的引力,如果它不存在的话,星系就会瓦解。而暗物质就是我们用普通的观测技术根本观测不到的未知物质。

不只是暗物质,宇宙中还存在着暗能量,1998年,两个科学小组通过观测Ia型超新星得到了宇宙正在加速膨胀结果。这和科学家预料的完全不一样。这应该说是引力引发的第二个危机。

按照目前的理论,宇宙诞生于大爆炸,这之后宇宙经历短暂地指数级膨胀,然后慢慢减缓,这是因为引力的作用导致的。截止目前为止其实还说得过去,而且科学家也曾一度认为宇宙可能会减速膨胀,然后转为收缩,全程都是由引力来做主。但1998年的发现,彻底颠覆了这个想法,因此,宇宙肯定还存在着一种东西提供和引力正好相反的排斥力,科学家假设这个东西叫做暗能量。

通过最新的普朗克卫星的观测结果来看,宇宙在大尺度上近乎于平坦,也就是不弯曲,于是可以通过广义相对论和宇宙学计算出宇宙的密度表达式,进而推算出宇宙中暗能量的含量,最新的数据表明,暗能量占据全宇宙物质总量的70%左右。而我们能观测到的物质只占到不到5%。

也就是说,人类观测宇宙数千年来,结果只看到了不到5%的宇宙,妥妥的井底之蛙有没有?

而且实际上远不到5%,因为我们理论上可观测的范围叫做可观测宇宙,直径是930亿光年,它仅仅是宇宙的一小部分。

不过,因为我们现在能观测到宇宙微波背景辐射,我们还是能了解到一些宇宙的过去、现在以及未来。

从现在的情况来看,暗能量和真空的大小有关,因此也有人管它叫做真空能。早期宇宙确实由于宇宙尺度很小,所以暗能量并不是主导,而是引力,所以在引力的作用下,宇宙开始减速膨胀,而到了距今45亿年前,当时的宇宙大概是现在宇宙73%的大小,这时候暗能量占据了主导,也就是排斥力大于引力,于是从那时起,宇宙就开始加速膨胀。

但是这里我们要补充一点的是,暗能量是和真空有关的,在物质聚集的小尺度上,由于空间还太小,因此暗能量的排斥力并不占主导,而是物质的引力占主导。而到了大尺度上,由于空间足够大,才由暗能量主导,这也是为什么我们不会随着宇宙膨胀而变胖的原因。

根据研究,尺度大概要达到1亿光年,才能有明显的膨胀效应。这个尺度大概是我们所在室女座超星系团的尺度。我们的银河系在这尺度下,都是极其渺小的存在,差不多差了3个数量级。