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暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀

与宇宙相比 ， 地球与人类是如此的渺小 。 在宇宙经历大爆炸之后 ， 科学家们发现宇宙处于加速膨胀的状态 ， 宇宙当中可能含有大量的暗能量 。 暗能量是什么？宇宙加速膨胀会导致什么结果？太阳系最后也会在膨胀中化为乌有吗？人类会随之而灰飞烟灭吗……科学家们是如何探测和研究神秘而遥远的宇宙的？
出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）
以下内容为中国科学院国家天文台研究员、宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷演讲实录：
宇宙是怎样开始的呢？有的朋友说 ， 宇宙开始于一个大爆炸 。
这是上个世纪一些科学家提出来的一种大胆猜想 ， 后来这种理论被观测证实了 。
宇宙大爆炸的过程
既然宇宙开始于大爆炸 ， 那么它有没有结束？未来是什么样子呢？
其实提出宇宙大爆炸理论的这些科学家也做了一些预言 ， 他们假定宇宙中充满了各种物质 ， 然后使用爱因斯坦的广义相对论去预测宇宙的命运 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
大家可以看到左面展示的是大爆炸的过程 ， 而右面的这幅图上展示的是对未来的预测 。
宇宙经过大爆炸以后 ， 它就处在膨胀中 ， 由于物质万有引力的作用 ， 它会使膨胀慢慢变慢 ， 变慢以后会怎么样呢？
这就取决于这里面物质的多少 ， 和一开始膨胀的速度之间的关系 。
如果这个膨胀的速度一开始不是那么大 ， 而物质很多 ， 那么造成的结果就是它膨胀到一定程度以后 ， 膨胀就会慢慢地减速 ， 最后减到一定程度 ， 很可能就停止了膨胀 。
然后又开始收缩 ， 收缩到一定程度以后 ， 最后就进入了一个“大塌缩”的状态 。
大塌缩之后宇宙会变成什么样子?
目前并不知道 ， 因为到那个时候 ， 所有的能量和密度都太高了 ， 现在的理论都无法描述 。
如果宇宙一开始的时候膨胀速度比较快 ， 而这个物质并没有那么多 ， 它也会使宇宙的膨胀减速 ， 但是减速可能不足以使它停下来 ， 这样的话宇宙就会一直的膨胀下去 。
也就是这幅图里右边的两种图景——它一直膨胀 ， 但是减慢的速度可能没有那么明显 。
这就是过去 ， 大家对宇宙的未来的认识 ， 那是不是这样子呢？到底这几种情况哪一种是对的呢？
测量宇宙膨胀速度的方法
在上个世纪的八十年代 ， 有一些科学家想要解决这个问题 ， 但是都面临一个很大的困难 ， 就是我们怎么才能判断到底是哪一种情况呢？
这个办法就是测量不同时刻宇宙膨胀的速度 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
左边这幅图上展示的是日常生活当中很常见的测量速度的方法 。
宇宙学当中的这个情况略有不同 ， 但道理是一样的 ， 就是测量宇宙中的不同时刻 ， 它膨胀到底有多快 ， 然后看看它的速度是怎么变化的 。
当然宇宙学当中一个很大的问题在于 ， 我们并不知道怎么样测量这个距离 。
自古以来 ， 想要了解天体的距离就是非常困难的 。
比如说 ， 我们国家有一个著名的寓言 ， 据说孔子遇到了两个小孩在辩论：
太阳到底是在早晨的时候离我们近一些 ， 还是在中午的时候离我们近一些？
两个小孩都提出了一些很好的论据 ， 孔子就没有办法决定了 ， 这就是所谓“两小儿辩日”的故事 。
实际上想要测量像太阳这样一个离我们比较近的天体的距离 ， 并不是那么容易 ， 要测量更远处的天体 ， 当然就更难一些 。
但是科学家还是提出了一些方法 。 一种办法就是通过所谓“标准烛光”来测量距离 。
什么叫标准烛光呢？
在19世纪的时候 ， 人们为了研究光学 ， 发明了一种比较标准的蜡烛 ， 这些蜡烛点出来以后 ， 光的亮度都是一样的 。
把它放在不同的距离上 ， 可以看到 ， 越远的蜡烛看上去越暗一些 ， 这就是标准烛光的作用 。
就是我们知道它的绝对发光亮度 ， 又可以测出它看上去有多亮 ， 根据这两者之间进行比较 ， 就可以知道天体到底有多远了 。
问题在于我们有没有这样的蜡烛呢？
科学家们找到了一种这样的“蜡烛” ， 这个“蜡烛“就是Ia型的超新星 。
什么是超新星呢？
天空中的星星 ， 有一些暗 ， 有一些亮 ， 亮的大多是离太阳系比较近的一些恒星 。
有时这些恒星会突然发生爆炸——爆炸往往是因为到了它的寿命尾期 ， 或者由于它的核心塌缩 ， 或者是由于吸积了别的物质 。
在宋朝的1054年 ， 大家突然发现白天里出现了一颗星 ， 非常非常亮 ， 在白天都可以清楚地看到 。
这颗星就是著名的1054年超新星 ， 它遗留下来的爆炸痕迹今天还可以在天空中看到 ， 就是所谓的蟹状星云 。
这颗超新星的爆炸亮度最大的时候 ， 可以达到太阳亮度的100亿倍 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀


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