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科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種被稱為“暗能量”的神秘能量約占宇宙總能量含量的68%，但到目前為止我們還不太了解它。探索暗能量的本質(zhì)是NASA建造寬視場(chǎng)紅外探測(cè)望遠(yuǎn)鏡(WFIRST)的主要原因之一，這是一個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡，其測(cè)量結(jié)果將有助于闡明暗能量之謎。隨著對(duì)暗能量的更好理解，將對(duì)宇宙的過(guò)去和未來(lái)演化有更好的認(rèn)識(shí)。直到20世紀(jì)，大多數(shù)人認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的，在整個(gè)永恒中基本上保持不變。
當(dāng)愛(ài)因斯坦在1915年發(fā)表了他的廣義相對(duì)論，描述了引力如何在時(shí)空結(jié)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，他困惑地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)理論表明宇宙必須要么膨脹，要么收縮。為了保持一個(gè)靜態(tài)的宇宙，他做了一些改變，增加了一種他稱之為“宇宙常數(shù)”的東西，盡管沒(méi)有證據(jù)表明它確實(shí)存在。這種神秘的力量被認(rèn)為能抵消引力，使一切保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ欢?，?dāng)20世紀(jì)20年代即將結(jié)束時(shí)，天文學(xué)家喬治·勒梅特(Georges Lemaitre)，然后是埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)，做出了一個(gè)令人震驚的發(fā)現(xiàn)：除了極少數(shù)例外，星系正在相互競(jìng)跑。
宇宙遠(yuǎn)非靜止，而是正在向外膨脹。因此，如果我們想象倒退這種膨脹，一定有一段時(shí)間宇宙中的一切都在幾乎不可能的熱在一起，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)起點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是奇點(diǎn)，也是宇宙大爆炸的開(kāi)始。大爆炸理論描述了宇宙從最初的超熱、超稠密狀態(tài)的膨脹和演化?？茖W(xué)家們推測(cè)，引力最終會(huì)減緩，甚至可能完全逆轉(zhuǎn)這種膨脹。如果宇宙中有足夠的物質(zhì)，引力就會(huì)克服膨脹，宇宙就會(huì)在熾熱的“大嘎吱聲”中崩潰。否則，膨脹永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束，星系會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)，直到它們?cè)竭^(guò)可觀察到的宇宙邊緣。
我們遙遠(yuǎn)的后代可能不知道其他星系的存在，因?yàn)樗鼈兲h(yuǎn)了，看不見(jiàn)。隨著宇宙逐漸褪色成冰冷的黑色，現(xiàn)代天文學(xué)的大部分可能有一天會(huì)淪為傳說(shuō)。天文學(xué)家已經(jīng)通過(guò)使用地面望遠(yuǎn)鏡來(lái)研究相對(duì)較近的超新星爆炸來(lái)測(cè)量膨脹速率。這個(gè)謎團(tuán)在1998年升級(jí)，當(dāng)時(shí)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)更遙遠(yuǎn)的超新星觀測(cè)幫助表明，宇宙在過(guò)去實(shí)際上比現(xiàn)在膨脹得更慢。正如很多人所認(rèn)為的那樣，宇宙的膨脹并沒(méi)有因?yàn)橐Χ鴾p慢，反而在加速。
把時(shí)間快進(jìn)到今天，雖然我們?nèi)匀徊恢赖降资鞘裁磳?dǎo)致了加速，但它已經(jīng)被命名為暗能量。這種神秘的能量很長(zhǎng)時(shí)間都沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗趿耍灾劣谝υ谌祟?lèi)、行星甚至銀河系的規(guī)模上壓倒了它。當(dāng)你看書(shū)的時(shí)候，它就在你的房間里，在你的身體里，但是引力抵消了它，所以你不會(huì)飛出你的座位。只有在星系間的尺度上，暗能量才會(huì)變得引人注目，就像是對(duì)引力的一種微弱斥力。 什么是暗能量？暗能量到底是什么？未知比已知的更多，但理論家們正在尋找?guī)追N可能的解釋。宇宙加速可能是由一種新的能量成分引起，這需要對(duì)愛(ài)因斯坦的引力理論進(jìn)行一些調(diào)整（宇宙常數(shù)）愛(ài)因斯坦稱之為他最大的錯(cuò)誤?；蛘撸瑦?ài)因斯坦的引力理論可能會(huì)在宇宙學(xué)尺度上崩潰。如果是這樣的話，這個(gè)理論將需要被一個(gè)新的理論所取代，它包含了我們已經(jīng)觀察到的宇宙加速度。理論家們?nèi)匀徊恢勒_的解釋是什么，但WFIRST將幫助我們找到答案。 WFIRST或?qū)l(fā)現(xiàn)暗能量之前的任務(wù)已經(jīng)收集了一些線索，但到目前為止，還沒(méi)有產(chǎn)生強(qiáng)烈傾向于一種解釋而不是另一種解釋的結(jié)果。WFIRST具有與哈勃相機(jī)相同的分辨率，但視野是哈勃相機(jī)的100倍，它將生成前所未有的宇宙大照片。這項(xiàng)新任務(wù)將通過(guò)繪制宇宙中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分布，以及通過(guò)測(cè)量大量遙遠(yuǎn)的超新星，以其他望遠(yuǎn)鏡無(wú)法做到的方式，推進(jìn)對(duì)暗能量之謎的探索。這些結(jié)果將表明暗能量如何在宇宙中起作用，以及它是否以及如何在宇宙歷史上發(fā)生了變化，這次任務(wù)將使用三種方法來(lái)尋找暗能量的解釋。
高緯度光譜測(cè)量將使用“標(biāo)準(zhǔn)尺”技術(shù)測(cè)量數(shù)百萬(wàn)星系的精確距離和位置。測(cè)量星系的分布如何隨距離變化，將給我們一個(gè)了解暗能量隨時(shí)間演化的窗口。這項(xiàng)研究將把星系的距離與宇宙大爆炸后的聲波回聲聯(lián)系起來(lái)，并將檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦關(guān)于宇宙年齡的引力理論。高緯度成像調(diào)查將測(cè)量大量星系和星系團(tuán)的形狀和距離。巨大物體的巨大引力扭曲了時(shí)空，導(dǎo)致更遙遠(yuǎn)的星系出現(xiàn)扭曲。通過(guò)觀察扭曲的程度，科學(xué)家可以推斷出整個(gè)宇宙的質(zhì)量分布。這包括我們可以直接看到的所有物質(zhì)，比如行星和恒星，以及暗物質(zhì)：
另一個(gè)宇宙之謎，只有通過(guò)它對(duì)正常物質(zhì)的引力作用才能看到。這項(xiàng)研究將提供對(duì)宇宙中大型結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)以及暗能量如何影響宇宙的獨(dú)立測(cè)量。WFIRST還將對(duì)一種類(lèi)型的爆炸恒星進(jìn)行觀測(cè)，這是建立在導(dǎo)致加速膨脹發(fā)現(xiàn)的觀測(cè)基礎(chǔ)上。Ia型超新星發(fā)生在白矮星爆炸時(shí)。Ia型超新星通常在其峰值時(shí)具有相同的絕對(duì)亮度，使它們成為所謂的“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”。這意味著天文學(xué)家可以通過(guò)觀察它們離地球多遠(yuǎn)來(lái)確定它們有多遠(yuǎn)，離地球越遠(yuǎn)，看起來(lái)就越暗。天文學(xué)家還將觀察來(lái)自超新星的特定波長(zhǎng)的光，以找出垂死的恒星離開(kāi)我們的速度有多快。
通過(guò)將距離與亮度測(cè)量相結(jié)合，科學(xué)家將看到暗能量是如何隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化的，提供了與兩個(gè)高緯度調(diào)查的交叉核對(duì)。WFIRST任務(wù)在結(jié)合這三種方法方面是獨(dú)一無(wú)二的，它將能促使對(duì)暗能量影響非常有力和豐富的解釋?zhuān)⑹刮覀兡軌驅(qū)Π的芰康男再|(zhì)做出明確定義。發(fā)現(xiàn)暗能量在過(guò)去是如何影響宇宙的膨脹，將會(huì)對(duì)未來(lái)宇宙膨脹產(chǎn)生怎樣的影響。如果它繼續(xù)加速宇宙的膨脹，抑郁癥可能注定要經(jīng)歷一場(chǎng)“大撕裂”，探索暗能量將使我們能夠研究，甚至可能預(yù)見(jiàn)宇宙的命運(yùn)。
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來(lái)自： 博科園 > 《天文學(xué)類(lèi)》
