天体粒子物理与宇宙学

暗能量(dark energy)

把一个球径直往上抛,它会慢下来,因为引力把它往回拉。在 20 世纪的大部分时间里,物理学家都以为整个宇宙就像那个球:它自大爆炸以来一直在膨胀,而它全部物质的引力,应当温和地把这膨胀减慢下来。然后在 1998 年,两支测量遥远爆炸恒星的团队发现了相反的结果。宇宙的膨胀没有减慢——而是在加速。有某种东西在把空间撑开,与引力对抗,而且随着宇宙长大,它愈发占据上风。物理学家把这股未知的推力命名为暗能量。

坦白说,暗能量只是一个占位的名字,用来指称那个引起加速的、无论它是什么的东西。最简单的描述是:空旷的空间本身就带着一份恒定的、微小的能量——这个想法叫宇宙学常数——它像一种处处存在、时时刻刻向外推的压强。物质会随着空间膨胀而稀释,这份空间的能量却不会,它的密度始终如一;于是宇宙越大,它就越多,越来越压过被稀释的物质引力。到今天,暗能量被估算占了宇宙总能量的大约百分之七十。

暗能量出现在一本粒子物理词汇表里,有一个让人难堪的理由。量子场论说,空旷的空间不该是真正空的——它应当被量子涨落带来的真空能量搅动着——这听上去正是宇宙学常数的天然来源。可当物理学家去估算它有多大时,得到的数字比观测到的暗能量大得离谱,常被引用为大约 10 的 120 次方那个量级。这道鸿沟,即宇宙学常数问题,是物理学中最深的未解之谜之一,是一记刺眼的信号,提示我们关于量子力学与引力如何拼合在一起,还缺着某种根本性的东西。

已知亮度的遥远超新星,看上去比膨胀一直在稳步减慢时本该有的样子要略暗一些——也就是说,更远一些。这一细微的变暗,正是膨胀其实在加速的第一个直接迹象。

宇宙的膨胀在加速,而非减慢。

暗能量与暗物质共用一个"暗"字,却毫不相干:暗物质会成团、增添引力,把东西往一起拉;而暗能量是平滑的,把空间往外撑。这两个名字主要标记着我们仍然有多么不理解它们。

又称
cosmological constant宇宙学常数宇宙學常數