宇宙正在被“撕裂”？元兇可能是空無(wú)一物的真空！

空無(wú)一物的真空也許才是宇宙膨脹的元兇？

充滿暗能量的真空也許導(dǎo)致了宇宙的膨脹

圖為宇宙網(wǎng)的一個(gè)藝術(shù)呈現(xiàn)效果。它的結(jié)構(gòu)形似一個(gè)巨大的蛛網(wǎng)，有大量的紫色絲狀物和一些橙色絲狀物點(diǎn)綴在黑色背景上。（圖源：Volker Springel 等人，來自馬克斯·普朗克天體物理研究所）

新的研究表明：幾乎完全真空的巨大空間組成了絕大部分的宇宙，它也許導(dǎo)致了宇宙的膨脹加速。這意味著這些巨量真空空間也許可以解釋暗能量這種撕裂宇宙的神秘力量的存在。

歡迎來到真空世界

如果將太陽(yáng)系和銀河系所有的物質(zhì)移走，將會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象：宇宙網(wǎng)，自然存在的最大結(jié)構(gòu)，在這個(gè)尺度上，連一整個(gè)星系都只是一個(gè)光結(jié)構(gòu)點(diǎn)，天文學(xué)家將觀測(cè)到的長(zhǎng)長(zhǎng)的、細(xì)細(xì)的繩稱之為絲狀結(jié)構(gòu)，更密集的之為簇狀結(jié)構(gòu)，充斥在它們之間空間則幾乎全是虛空。這些空間就是巨大的宇宙真空，其中最小的虛空空間也有2千萬(wàn)光年之長(zhǎng)，最大的空間更是超過1.6億光年。

真空像蛛網(wǎng)中的間隙一樣占據(jù)了宇宙的絕大部分體積，盡管它幾乎空無(wú)一物。事實(shí)上，除了已經(jīng)延伸至可觀測(cè)宇宙盡頭的宇宙網(wǎng)，宇宙真空也是宇宙中最大的東西。

虛空的能量

天文學(xué)家在20世紀(jì)70年代末首次探測(cè)到宇宙真空，但那時(shí)起，這個(gè)結(jié)果一直未被重視。相反，當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家和宇宙學(xué)家主要聚焦于對(duì)宇宙可見部分物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索，例如星系和星團(tuán)。通過這些研究，天文學(xué)家在20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚喜：暗能量。

暗能量這個(gè)名稱源于可觀測(cè)宇宙的加速膨脹。這意味著宇宙不但每天都在膨脹，而且膨脹的速度越來越快。

這個(gè)時(shí)期的天文學(xué)家對(duì)宇宙加速膨脹的原因還沒有任何頭緒，只知道它是從大約50億年前開始的。因此提出了“暗能量”這個(gè)術(shù)語(yǔ)-一個(gè)擁有酷酷名稱的巨大宇宙學(xué)難題。

真空與暗能量有什么關(guān)系呢？首先，在恒星系統(tǒng)或星系內(nèi)部是感覺不到加速膨脹的影響的，因?yàn)槲镔|(zhì)間的引力作用遠(yuǎn)強(qiáng)于它。例如，不管是我們的太陽(yáng)系還是銀河系都沒有因?yàn)榘的芰慷兊迷絹碓酱?，但因?yàn)槲镔|(zhì)間的空間幾乎完全是真空的，因此更易受到這種膨脹的影響。所以非常有必要在膨脹影響最強(qiáng)的地方進(jìn)行這種加速膨脹性質(zhì)的研究。

伊朗的理論物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)表的一篇新的研究論文中對(duì)這個(gè)思路做了進(jìn)一步發(fā)散。在這篇于7月份預(yù)發(fā)表在數(shù)據(jù)庫(kù)arXiv，并最終出版在《皇家天文學(xué)月報(bào)：快報(bào)》的論文中，作者認(rèn)為不是在真空中發(fā)現(xiàn)了暗能量，而是真空導(dǎo)致了暗能量的產(chǎn)生。

在黑暗中

這些巨大的真空區(qū)域是如何導(dǎo)致宇宙加速膨脹的呢？根據(jù)作者觀點(diǎn)，答案是不僅因?yàn)橛钪嬲婵沾嬖谶€因?yàn)檎婵债a(chǎn)生了動(dòng)力。

宇宙真空不止存在，它也像宇宙中其他的大型結(jié)構(gòu)一樣，從較低的起點(diǎn)慢慢成長(zhǎng)為了現(xiàn)在巨大的結(jié)構(gòu)。數(shù)十億年前，宇宙中所有的物質(zhì)都呈現(xiàn)均勻分布，不同地方間的密度相差不大，隨時(shí)間的流逝，那些更多物質(zhì)存在的區(qū)域相較物質(zhì)均勻分布的區(qū)域開始吸引到更多的物質(zhì)。隨著聚集的物質(zhì)越來越多，這些區(qū)域產(chǎn)生了更強(qiáng)的引力，增速變得更快。經(jīng)過數(shù)十億年，物質(zhì)就聚集形成了星系、星群和星團(tuán)。

隨著這類結(jié)構(gòu)物質(zhì)的產(chǎn)生，真空區(qū)域也逐漸變大。不過與其把它看做一個(gè)被動(dòng)的過程，我們可以通過測(cè)量它施加在周圍物質(zhì)上的壓力來衡量真空的增長(zhǎng)。例如，隨真空區(qū)域變大，星系邊界將會(huì)逐漸變薄直至消失，所有真空將合并在一起。在接下來幾十億年中，真空將溶解宇宙網(wǎng)，迫使所有的物質(zhì)被數(shù)百個(gè)百萬(wàn)光年長(zhǎng)的真空分離成簇狀。

這種壓力就像宇宙中其他的物質(zhì)和能量一樣可以扭曲真空的空間和時(shí)間，空間和時(shí)間的扭曲意味著真空膨脹將會(huì)推動(dòng)星系的邊界造成他們的分離。

作者發(fā)現(xiàn)宇宙中所有大范圍真空一起溶解宇宙網(wǎng)導(dǎo)致了宇宙的加速膨脹，這種真空驅(qū)動(dòng)力量的加速膨脹剛好與當(dāng)前的暗能量假說相匹配。

天文學(xué)家還需要進(jìn)一步研究去證明這一觀點(diǎn)。一方面，我們需要更多的真空測(cè)量方法去更好的計(jì)算真空產(chǎn)生的總壓，另一方面，我們需要了解更多關(guān)于暗能量的信息，特別是過去幾十億年來他們的能量是否發(fā)生了改變。另外，還有個(gè)有趣的觀點(diǎn)：也許暗能量并不是由宇宙中一些外力或過程產(chǎn)生的而僅僅只是一個(gè)宇宙真空正常演化的副產(chǎn)物。

本文首次出版在《生命科學(xué)》雜志。

BY:Paul Sutter

FY: 雜七八糟嘿

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