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暗能量是推動宇宙膨脹的原因。

在宇宙學(xué)中，能量并不是全局守恒的。能量守恒是諾特定理的結(jié)果，它表明“能量守恒原理是時(shí)間平移不變性的結(jié)果”。因此，能量守恒適用于地球上的所有相互作用，因?yàn)榈厍蛏纤械南嗷プ饔迷谝粋€(gè)特定的時(shí)間和在另一個(gè)特定的時(shí)間是相同的，這就是時(shí)間平移對稱性的含義。

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然而，宇宙并不是時(shí)間平移對稱的。宇宙大爆炸開始于138億年前的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從那以后宇宙不斷膨脹和進(jìn)化。所以宇宙有著獨(dú)特的歷史，在不同的時(shí)間里，宇宙在不同的部分看起來并不相同，所以整個(gè)宇宙沒有時(shí)間平移對稱性。

例如，宇宙的一部分可以進(jìn)出我們可觀測的宇宙的邊界?？捎^測宇宙的大小取決于光在大爆炸和當(dāng)前時(shí)間之間的傳播距離。所以它是一個(gè)以光速膨脹的球體，但是物質(zhì)和能量可以流入我們的球體，這取決于宇宙的膨脹是加速還是減速。例如，從宇宙大爆炸后約10^30秒到大約50億年前，由于膨脹速度正在減速，越來越多的物質(zhì)和能量出現(xiàn)在我們可觀測到的宇宙的邊緣。然而，在大爆炸后的膨脹時(shí)期，以及50億年前開始的當(dāng)前加速膨脹階段，物質(zhì)和能量實(shí)際上正在從我們的宇宙中流出。

因此，與其考慮整個(gè)可觀測的宇宙，不如考慮我們宇宙的一個(gè)共同運(yùn)動的體積。在給定的時(shí)間內(nèi)，共同運(yùn)動的體積需要一些空間區(qū)域，然后計(jì)算并跟隨這個(gè)體積到宇宙演化的早期和后期階段。例如，考慮選擇8個(gè)特定的星系，它們在立方體的角處相距幾十億光年。如果你現(xiàn)在來回追蹤，那個(gè)立方體的大小會改變，那個(gè)立方體中的物質(zhì)總量是恒定的。但是，由于暗能量的存在，立方體的總物質(zhì)+能量含量并不是恒定的。原因是因?yàn)榘的芰繂挝惑w積的能量密度是恒定的，所以當(dāng)同運(yùn)動體積增加時(shí)，該體積中的暗能量總量也會增加。

問題很簡單：當(dāng)你認(rèn)為能量是守恒的時(shí)候，有一個(gè)原因那就是時(shí)間平移不變性。一種奇特的說法是：“粒子和力演化的背景，以及控制它們運(yùn)動的動力學(xué)規(guī)則，是固定的，不隨時(shí)間而變化。”但在廣義相對論中，這已經(jīng)不再是真的了。愛因斯坦告訴我們，空間和時(shí)間是動態(tài)的，特別是它們可以隨著時(shí)間而進(jìn)化。當(dāng)粒子運(yùn)動的空間變化時(shí)，這些粒子的總能量是不守恒的。

在暗能量的情況下，這種演化相當(dāng)簡單：真空能量在空間中的密度是絕對恒定的，即使空間區(qū)域的體積(與星系和其他粒子同時(shí)存在)隨著宇宙的膨脹而增長。所以總能量上升。

這困擾著一些人，暗能量的概念并不是什么新奇的東西?！拜椛洹币彩侨绱?像光子這樣的粒子以光速或接近光速運(yùn)動。光子的特點(diǎn)是它們紅移，隨著空間的擴(kuò)張而失去能量。如果我們跟蹤一定數(shù)目的光子，這個(gè)數(shù)目保持不變，而每個(gè)光子的能量減少，因此總能量減少。

一個(gè)已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的！大爆炸核合成的成功取決于這樣一個(gè)事實(shí)，即我們了解宇宙在最初三分鐘內(nèi)膨脹的速度，而這又取決于能量密度變化的速度。而能量密度幾乎都是輻射，因此在膨脹的宇宙中能量不守恒這一事實(shí)對于正確預(yù)測原始核合成絕對是至關(guān)重要的。

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