怎么修炼暗能量 什么是暗能量?

2019-08-02 - 暗能量

4G光元:暗能量是驱动宇宙运动的一种能量。它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。

用外行人的话来说,暗能量的概念是什么?通俗地说?

宇宙学家(像天文学家*)基本上将所有东西建模为所谓的“完美流体”。

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什么是完美的液体?它是具有密度和压力的东西,但没有别的东西(无论如何,宇宙学家都没有其他感兴趣的东西)。换句话说,它不粘。它没有粘度,没有内应力,并且其压力在所有方向上都是相同的。简而言之,就宇宙学家而言,它完全以这两个数字为特征:密度和压力。

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不仅如此,而且事情就是这样:无论我们使用何种计量单位,使用相同的物理单位测量能量密度和压力。压力是除以面积的力。能量密度是能量除以体积。但是能量是力的倍数; 体积是面积乘以长度。因此,除以面积的力与能量(力乘以长度)除以体积(=面积乘以长度)相同。

因此,能量密度和压力之比只是一个简单的数字。它不是以米,英尺,秒,磅,等等来衡量的。它只是一个所谓的无量纲数,通常用字母w表示。

这就是宇宙学家的简单心态所在:他们所关心的只是这个。各种物质都以此为特征,即压力与能量密度的比率。

例如,没有压力的东西就被称为“尘埃”。你知道,真的不一定是灰尘。恒星的星系是尘埃(或多或少),因为就宇宙学家而言,数十亿颗恒星表现为灰尘颗粒,即压力可忽略不计的介质。

那么w的值是允许的?事实证明, 1和-1之间的任何东西都有效。是的,这意味着负压也是可以接受的。这可能听起来很奇怪,但负压基本上是需要投入工作(能源)以使其扩展的东西,而不是自己扩展和做工作,如发动机气缸中的热气体。

那么:尘埃几乎包括我们所知道的所有问题,也包括我们不知道的事情,即所谓的暗物质。在当今的宇宙中,压力大于0的东西可以忽略不计,因为这种东西的密度会迅速下降; 因此,即使过去有大量的这类东西,它现在已被稀释到接近虚无。

这留下了负面的压力。非常具体地说,具有极端负压的东西,其中w = -1。这种东西具有非常独特的性质:即使在宇宙膨胀时,它的密度也保持不变,因为投入使其扩展的所有工作(能量)最终都会产生更多这样的东西。

所以我们遵循的逻辑是这样的:首先,我们注意到宇宙中的空间似乎是欧几里德:即使是一个非常大的三角形的角度之和也是180度。行话是宇宙是“空间平坦的”。这要求宇宙中所有物质的总密度为其所谓的临界密度。但可见物质的含量不到该临界密度的5%。

所以我们问一个简单的问题:需要多少东西和什么样的东西来提供临界密度,还要匹配其他观察到的宇宙参数?事实证明,我们需要大约30%的“灰尘”,剩下的70%必须具有极端负压,w = -1。

缺失物质(30%与我们所知道的不到5%之间的差异)被称为暗物质。其余负压的东西称为暗能量。

我希望这个解释清楚地说明所有这些都得到了相当扎实,严谨的数学支持; 但与此同时,对于这些“黑暗”的东西到底是什么,我们并不是最微弱的线索。

哦,我们有理论。很多理论。暗物质可能是“WIMP”(弱相互作用的大质量粒子)。管他呢。至于暗能量,它可能只是所谓的宇宙常数的人造物。或者所谓的标量场的潜在能量。或者也许只是量子真空的能量(虽然当我们试图计算它时,我们发现我们已经关闭了几十个数量级,而不是尴尬。)

有些人认为我们很聪明,最终可以解决这个问题。其他人(包括我自己)相信我们需要找到方法,你知道,在我们能够对他们的性质做出任何明确的判断之前,他们会真正发现这些黑暗的东西。然后有一个选择,也许这些黑暗的东西甚至不存在,它们是各种各样的海市蜃楼,因为我们使用错误的引力理论进行数学计算。

(免责声明:我还研究过改进的万有引力理论。)然而,最近的观察(特别是引力波观测和直接观察超大质量黑洞M87 *的阴影)对可接受的改进的重力理论提出了严格的限制。

所以现在,“暗物质”和“暗能量”只是用来标记我们无知的词语。但至少我们知道它们的“状态方程”,它们的压力和能量密度之间的比率,这个数字w。

*天文学家经常谈论氢,氦和“金属”。也就是说,周期表中不是氢和氦的一切都算作“金属”。正如我所说,头脑简单的人。

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