暗能量是一種假設的能量形式,能量在宇宙的最大尺度上影響著我們的世界,其主要作用則是推動宇宙的加速膨脹。
在目前可觀測的宇宙中,根據最流行的Lambda-CDM模型,暗能量佔據了68%的能量,暗物質和普通物質分別貢獻26%和5%。雖然暗能量的密度非常低,大約是每立方厘米 7×10-30 g
,但由於它在整個空間的分布極其均勻,這使得它成為宇宙能量內容的主導力量。
最早對暗能量存在的觀察證據來自超新星的測量,這顯示宇宙的膨脹正在加速。
Type Ia 超新星因為其光度恆定,可以作為準標準燭光,幫助天文學家精確測量距離。透過比較這些距離與紅移(測量超新星退行速度的方法),科學家們發現,宇宙的膨脹速度在增加。之前,科學家們普遍認為,宇宙的引力會使膨脹速度減緩,但這一觀察結果顛覆了傳統觀念。
暗能量的具體性質仍然是一個謎,科學家們提出了多種可能的解釋。主要候選者包括宇宙學常數(代表均勻填充空間的恆定能量密度)和標量場(隨時間和空間變化的動態量),如量子能量場。
艾爾伯特·愛因斯坦在其廣義相對論中引入了宇宙學常數,試圖解釋一個靜態宇宙的穩定性。
愛因斯坦引入宇宙學常數(Λ)作為一種平衡重力的機制,但他在後來承認自己的這一假設是「一生中最大的錯誤」。隨著宇宙觀的演變,宇宙學常數的意義被重新評估,成為理解宇宙的關鍵因素之一。
隨著時間的推移,科學家對宇宙膨脹的研究逐漸深入,早期的宇宙通脹理論提出了一種負壓場的概念,這與目前觀察到的暗能量現象相似。這種宇宙的急劇擴張被認為是宇宙大爆炸後的主要特徵之一。
關於暗能量的一些證據來自於對超新星的觀察。在1998年,高紅移超新星搜索團隊的研究顯示,宇宙正在加速膨脹,並且該發現後來獲得了諾貝爾物理學獎的認可。
現有的宇宙學標準模型Lambda-CDM模型成功解釋了宇宙的觀測數據,並且將大量的暗能量納入考量。
隨後的研究,包括宇宙微波背景輻射的觀測,進一步支持了暗能量的存在。這些觀測結果一致認為,宇宙的總質量-能量密度接近於臨界密度,而目前我們看到的普通物質和暗物質的總和僅占30%左右。
儘管暗能量的確切性質尚未明瞭,其同質性和均勻性使得它在整個宇宙中佔據了主導地位。暗能量被認為不會與其他基本力相互作用,除了引力,因此很難在實驗室中直接檢測。
一項重要的觀察是暗能量提供的強負壓,這直接影響到宇宙的膨脹,並導致宇宙加速的現象。
儘管暗能量的研究仍然充滿挑戰,許多科學家仍然致力於尋找經驗性證據以及新的理論來解釋其起源和性質。這些努力煥發出眾多想像,激勵著未來天文學和物理學的進步。
在這無限的宇宙中,暗能量所引起的無盡疑問,會不斷挑戰著人類的認知極限,未來的科學探索是否能解開這場能量之謎呢?