你知道嗎？宇宙學中有這2個繞腦的問題

作為一個天文學家，你認為宇宙會永遠擴張下去嗎？你認為宇宙會朝哪個方向發展？在你回答我的問題之後，你會把這些問題發給其他天文學家嗎?這樣我就可以收到各種各樣的意見。感謝您可以抽出這些時間我想我們很幸運能和專業人士交流。

圖解：哈勃太空望遠鏡（英語：Hubble Space Telescope，縮寫：HST）是以天文學家愛德溫·哈勃為名，在地球軌道上並且圍繞地球的太空空間望遠鏡，類型屬於光學望遠鏡。

這是一個特別好的問題！ 幾個世紀以來，宇宙的命運問題一直是天文學家關注的焦點。令人興奮的是，現在我們即將得到一個明確的答案。 對天文學家的觀點進行調查是非常困難的，但如果我總結一下人們討論過的內容呢？自從哈勃望遠鏡在1929年發現了宇宙是在不斷地擴張的事實之後，人們已經意識到一個關鍵的問題:宇宙的引力是否足以減緩膨脹並最終使其逆轉？

用逃逸速度類比，如果你拿一個球並把它扔向空中，它會在到達一定的高度，然後落下來。如果你扔的快一點，它在下落之前會到達更高的地方。原則上來說，如果你不用擔心我們的大氣層而且可以把球以7英裡每秒的速度扔出去，你可以把球完全的扔出地球，這就是逃逸速度。引力越強（換句話說，你的事情越多，你就需要做的越快。）就宇宙而言，如果有足夠的物質，宇宙最終會減速，停止，逆轉自身，然後在一個「大坍縮」中重新聚集到一起。反之，宇宙將會永遠擴張下去。

圖解：逃逸速度：一般描述為擺脫一重力場的引力束縛飛離那重力場所需的最低速率，地球的逃逸速度是11.2公裡/秒

然而，在幾年前，當發現宇宙正在加速膨脹時，所有人都非常震驚。這就像把一個球扔起來，發現它飛得越高，速度越快。 這是非常奇怪的行為這一現象的根本原因可能是宇宙中存在一個被稱為「宇宙常數」的場。然而，這個場的性質和起源還沒有被很好地理解。最終結果是，儘管大多數天文學家認為在這個場的推動下，宇宙會永遠膨脹，但我們對它的了解還不夠充分，不能明確的表達出來。

根據這個場的確切起源，宇宙甚至可能是以一種循環的方式膨脹和收縮，就是一種「振蕩」的宇宙。我個人的看法是，宇宙可能不會這樣，相反，它很可能會永遠膨脹下去。 然而，我應該指出的是，科學的偉大之處在於，我們不需要爭論我們的觀點。最終，更好的觀察和更多的數據將會告訴我們事實是怎麼樣的。 現在宇宙學這個領域正進入一個數據豐富的階段，在這裡，許多想法將會得到檢驗。敬請期待吧！

圖解：宇宙膨脹：根據科學研究及天文觀測發現從宇宙大爆炸開始，整個宇宙在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運動也是膨脹的一部份，而不是由於任何斥力的作用。

在天文學課上關於暗能量的理論討論得很少。�如果可以的話，我想請您或您的一位同行來解釋一下這個理論背後的假說。

暗能量，是嗎？我認為最短，最可靠的答案是——見鬼了，其實我們都不知道！ 這個問題的答案要長得多，也不那麼清晰，因為這是一個很好的問題，廣義上說，它涉及到我們目前對宇宙的大部分未知。暗能量的概念是太空中的真空——真空本身——有一些與之相關的非零能量。這就是愛因斯坦所說的質能E=mc^2，這是影響了整個宇宙的引力行為，當然了，整個宇宙是充滿真空的。 很難想像真空是如何擁有有限的質能的。根據定義，這裡是沒有東西的。 如果我可以借用一個在科幻小說中被過度使用的短語，那就是時空結構，這是與暗能量相關的。

我認為，我們稱之為暗能量是因為我們需要給不理解的東西貼上標籤。 暗能量其實只是一個代表愛因斯坦宇宙常數的現代名稱。這是他在19世紀為了創造一個靜態宇宙而在廣義相對論方程中加入的一個容差因數。 愛因斯坦最初的理論沒有考慮到這一點——即宇宙要麼膨脹要麼收縮——它不能靜止不動。 這在當時哲學上似乎是不可接受的——宇宙必須永遠存在。沒有嗎?好吧，確實沒有。

圖解：暗能量是驅動宇宙運動的一種能量。它存在於各個地方，它和暗物質都不會吸收、反射或者輻射光，所以人類無法直接使用現有的技術進行觀測。

在20世紀20年代，埃德溫-哈勃的發現星系之間似乎正在相互遠離：宇宙正在擴張，它的壽命是有限的。 愛因斯坦後來將宇宙常數稱為他一生中「最大的錯誤」 如果他是辛普森一家的粉絲，他會發出一聲大大的「噢！」因為他應該相信他最初的理論並預測出宇宙會膨脹。還有一種不太為人所知的方式，可以認為宇宙常數是一個錯誤。

愛因斯坦把它放在那裡是為了強制性證明宇宙是靜止的。但是，它必須有一個非常特殊的、經過調優的值才能給出靜態解決方案。所有其他的數值不僅會使宇宙膨脹，而且會加速膨脹。更糟糕的是，甚至這個特殊的靜態值也是不穩定的。即使是最輕微的偏移，它也會開始加速膨脹。所以宇宙常數並沒有達到預期的效果——它使膨脹速度加快，而不是使膨脹停止。 這是上個世紀最傑出的理論物理學家犯下的一個數學錯誤。

圖解：星系之間正在相互遠離

儘管有這件不太光彩的事，但現在有多種證據表明宇宙正在加速膨脹。在愛因斯坦的理論中，這需要一個術語，就像他的宇宙常數一樣。這就是暗能量-——廣義相對論的一個附加部分，它描述了在真空的虛無中存在能量的引力效應。如果你覺得這有些難以接受，那麼你並不孤單。有許多樂觀的宇宙學家說，這些數據需要暗能量，他們相信總有一天會弄明白暗能量意味著什麼。也有一些更為悲觀的宇宙學家，他們擔心這仍然只是一個容差係數，它掩蓋了我們對宇宙仍然不了解的東西。

嗯，說得有點拗口，一點沒錯。

但我希望它能成為一個好故事，即使它可能不會讓暗能量變得更神秘。

作者: Professor Stacy McGaugh

FY: Voyager

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處