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暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀( 三 )


因为雨滴落进去的时刻是不一样的 。
但是假如一桶水泼到这个湖面上 ， 你会发现所有的水都是同一个时刻落在水上 ， 它激起的波也是同样的 ， 这样的话 ， 所有的圆环都是同样大小的 。
这个同样大小的圆环 ， 如果混在一起 ， 可能我们肉眼就已经不好分辨它了 。
如果我们有一种数学的方法去对它进行分析 ， 我们还是可以看出来这些圆环到底已经膨胀多大了 。
用这种办法 ， 我们提供了一种新的尺子 ， 就是宇宙距离的“标准尺”来测量宇宙 ， 这是另一种测量距离的方法 ， 可以去检验甚至更精密地测量暗能量到底是什么东西 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
可能大家会问 ， 我们宇宙中的“水”是什么呢？
水在这个情况下就是星系的分布 。
上面这幅图里 ， 我们相当于站在中心,向周围远方望去,宇宙中存在着大量的星系 。
图中每一个点 ， 无论是桔色的点 ， 还是绿色的点 ， 实际上都代表一个星系 。
这些星系分布的状态 ， 如果仔细看 ， 它其实是不规则的 。
但是它好像又暗含着某种规则 ， 就是它看上去像是一些纤维状的结构 ， 但是我们看不出来有什么特殊之处 。
如果把它分解成不同波长的话 ， 你会发现它整体上、在比较大的尺度上（上图左侧） ， 它比较高；在小的尺度上（上图右侧） ， 它又会降下去 。
降下去的过程中 ， 它有一些振荡的痕迹 。
如果我把整个降下去这部分去掉 ， 你会看到中间的小插图里有振荡的痕迹 。
这个振荡的尺度 ， 就告诉我们宇宙不同的距离尺度 ， 用它我们就可以了解宇宙距离是多少 ， 是怎么样膨胀的 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
用这种方法得到上图 ， 其中灰色的线代表的是原来用超新星做的观测 ， 蓝色的线代表的是用这种方法测到的观测 。
大家会发现蓝色线都在这个灰色的上面 ， 这都是几年以前的一次观测 ， 数据也在不断地变化 。
但是超新星和用这种声波振荡的方法测出来的距离 ， 并不完全一致 。
这种不完全一致到底仅仅是误差造成的 ， 还是说有什么更深刻的意义？
现在还不了解 ， 还需要更精确地进行观测 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
国际上把暗能量作为当前一个很重大的科学问题 ， 有很多很多实验去测量它 。
包括未来发射的卫星 ， 比如欧几里得卫星、WFIRST卫星 ， 也包括升级一些地面的大型望远镜去进行观测等 ， 但是这些观测大部分都是在光学波段的 。
这样的话也有一个问题 ， 我们看不到暗能量 ， 做的这些观测都是有很多假定的 。
那么光学观测看到的都是同样的恒星 ， 会不会又有一些我们不了解的效应在欺骗我们呢？
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
射电观测 ， 也就是无线电观测 ， 提供了另外一种视角 。
上图展示的是光学看到的星系（左）和用射电波段看到的同一个星系（右） 。
在无线电波段 ， 或者叫射电波段 ， 我们能看到什么呢？
其实这个宇宙中 ， 最多的一种元素——不是在暗物质和暗能量中——在普通的物质中最多的一种元素是氢 ， 因为氢元素在宇宙大爆炸中就形成了 。
这个氢元素会产生一种波长为21厘米的辐射 ， 波长21厘米实际上就是一种微波 ， 这种微波辐射是可以被探测到的 。
如果去测量这个辐射的强度 ， 就会看到这个星系里头的中性氢 ， 或者说氢原子是怎么样分布的 。
这里展示了一个星系里的氢原子 ， 希望提出用一种新的方法 ， 也就是微波或者是无线电的方法 ， 去进行这样的观测 。
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀
当然这个观测难度也是很大的 。 左边这个图展示的是美国的Arecibo望远镜 ， 它的口径是300米 ， 在之前几十年的时间里 ， 它都是世界第一的射电望远镜 。
它观测到的右图 ， 可以看到有很多蓝点是光学观测的 ， 而红点是无线电观测的 。
大家会发现红点少很多 ， 而且距离也不是很远 ， 实际上就是说它的灵敏度相对光学来说还是差一些 。
那有了更好的望远镜是不是就能够看得更远呢？我们国家建成了世界最大的单天线望远镜FAST 。
FAST的设计师南仁东先生已经去世了 。
2006年 ， 南仁东先生提出要研制FAST ， 他也建议用FAST去做宇宙学的研究 。
FAST虽然灵敏度提高了 ， 但是看的距离还是有限的 。
而且 ， FAST虽然已经很大了 ， 但是如果要去看星系的话 ， 还是看不太清楚 ， 看不太清楚的话会不会有影响呢？
暗能量|暗能量有多奇异？就是它让宇宙加速膨胀


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