暗能量受到引力的作用么?
答案是肯定的。
暗能量本質(zhì)與引力本質(zhì)的關(guān)系暗能量在廣義相對論場方程當(dāng)中被愛因斯坦無意地歸納為了“宇宙學(xué)常數(shù)”,實(shí)際上這個所謂的“常數(shù)”在宇宙的發(fā)展過程中(尤其是早期)并不一定是一個常數(shù)。[頭條·小宇堂-未經(jīng)許可嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載]
上圖:自宇宙150億年前誕生之后膨脹速度在不斷改變。宇宙膨脹速度在75億年前出現(xiàn)了明顯的變化,宇宙中的天體在那時開始以更快的速度分離。這種效應(yīng)被認(rèn)為是“暗能量”造成。宇宙大爆炸初期曾經(jīng)歷一個“暴漲”階段,那個時候的宇宙學(xué)常數(shù)(暗能量強(qiáng)度)可能與今日不同。
上圖:紅框中的Λ就是宇宙學(xué)常數(shù),Λ描述了暗能量的強(qiáng)度。
自20世紀(jì)90年代以來,研究表明,當(dāng)前宇宙中大約至少68%的質(zhì)量能量密度(上圖等號右側(cè)部分)可歸因于所謂的暗能量。宇宙常數(shù)Λ可能是暗能量最簡單的解釋,并且被用在當(dāng)前稱為ΛCDM模型的宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中。(Λ指暗能量,CDM指冷暗物質(zhì)-也就是說不包括黑洞,加上普通物質(zhì),一起構(gòu)成我們的宇宙) 雖然對暗能量在基礎(chǔ)層面上知之甚少,但暗能量的主要的特性是它作為反重力發(fā)揮著作用,它在宇宙膨脹的過程中比物質(zhì)稀釋得慢得多,暗能量不會聚集。
從數(shù)學(xué)上講,暗能量的本質(zhì)是度規(guī)的膨脹,其通俗的涵義就是時空本身的膨脹。
而引力的本質(zhì)實(shí)際上是度規(guī)的收縮。上圖:愛因斯坦場方程中的引力項(里奇曲率張量和里奇曲率標(biāo)量),代表了引力在度規(guī)上造成的時空曲率。
所以相較電弱力和強(qiáng)力而言,引力與暗能量的性質(zhì)似乎更為相似。
暗能量的特性一覽為了解釋為什么暗能量會與引力發(fā)生相互作用,這里需要梳理一下暗能量的特性,其中某些特性也容易被忽略或被誤解:
暗能量存在于宇宙中的任何角落,而且超級均勻,分布超級密集(幾乎時空的任何縫隙當(dāng)中都存在)。它不因為有星系、恒星或者暗物質(zhì)的占據(jù)就不存在。也就是說我們的身體里的任何原子以及原子內(nèi)部都有暗能量在發(fā)揮著一種膨脹的作用,但是因為暗能量的作用強(qiáng)度遠(yuǎn)小于四種基本力,所以不會帶來什么明顯的效應(yīng),但放到宇宙大尺度上或者在極微觀的尺度上情況就不一樣了,暗能量使得星系之間的距離越來越遠(yuǎn),也有時在量子效應(yīng)當(dāng)中扮演騷擾者的角色;
暗能量可以等效于真空的0點(diǎn)能量;
暗能量在宇宙中的比例是不斷上升的,似乎暗能量是不斷從膨脹的縫隙當(dāng)中由不斷“涌出”的(可以想象泉水的樣子),因此我們的宇宙會加速膨脹,且暗能量越來越多;
暗能量不與電弱力、強(qiáng)力發(fā)生作用;
暗能量可以造成星系之間分離的速度超過光速(狹義相對論因為不涉及引力,因此與此無關(guān)),從而形成“未來視界”(不再能夠看到彼此);
暗能量之所以被稱為“能量”,是因為它可以等效為能量產(chǎn)生的效應(yīng),例如使兩個天體之間的距離增大而使得他們相互的引力勢能變大,暗能量的效應(yīng)就是反引力。
暗能量不會聚集(實(shí)際上引力也不會聚集,是質(zhì)量的聚集造成引力場匯聚)。
這里我刻意把最后三條加粗,提示暗能量與引力的關(guān)系和差異,已經(jīng)說明了暗能量與引力的關(guān)系——“反引力”!
也就是說“暗能量只與引力發(fā)生交互作用”。
總結(jié)看來暗能量不僅會與引力發(fā)生交互,而且還只能跟引力交互。