科学家们是如何确认暗能量存在的呢?暗能量真的存在吗

投稿时间:2021-09-29  消息来源:  提交者:洪门小拳

剑桥大学研究人员在一项新研究中发现,有可能是因为暗能量导致实验产生了一些无法解释的结果,那么能让宇宙膨胀的暗能量是真是存在的吗?
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剑桥大学研究人员在《物理评论D》杂志上发表的一项新研究表明,在意大利亚平宁山脉深处,进行的XENON1T实验有一些无法解释的结果,这可能不是该实验设计的暗物质探测,而是由暗能量引起的。
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暗能量是什么?

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在浩瀚的宇宙中,我们眼睛在天空和日常生活中所能看到的,以及从微小的卫星到巨大星系的一切,都只占了总质量和总能量的5%而已。
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其余剩下的95%都是黑色的。其中大约27%是将星系和宇宙网结合在一起的无形力量的暗物质,另外68%是暗能量。可见,宇宙中最重要的部分是暗能量,但暗能量又是什么呢?
根据官方的解释,它是一种可以驱动宇宙运动,可以使宇宙加速膨胀的关键性能量。
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暗能量和暗物质一样,也是无形的,不能被直接观察到的,而且暗能量也没办法反射、吸收和辐射宇宙中的各种光能,这就导致人类更难寻找发现它了。
那么,既然人类现有的科学技术无法发现暗能量,那么,科学家们是如何确认暗能量存在的呢?
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根据当时的记载,美国科学家在研究超新星时,意外发现宇宙正在以超高速膨胀。这与现有的物理理论相反,这意味着宇宙中仍然存在人类。未知的神秘力量正在控制着宇宙的运动。这种神秘的力量就是暗能量。
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剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的SunnyVagnozzi博士说:“虽然这两种成分都是不可见的,但我们对暗物质了解的更多,因为早在1920年代它的存在就被人们认为存在了。而暗能量直到1998年才被发现”。
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像XENON1T这样的大规模实验旨在通过寻找暗物质“撞击”普通物质的迹象来直接探测暗物质,但暗能量更加难以捉摸。"
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检测过程
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剑桥研究人员构建了一个物理模型来帮助解释这些结果。他们认为,这可能是由于太阳具有强磁场的地区产生的暗能量粒子,尽管这一切都需要未来的实验来证实这一解释。
但他们表示,他们的研究可能是朝着直接探测暗能量迈出的重要一步。
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为了探测暗能量,科学家们通常会寻找引力相互作用:也就是引力将物体拉到周围的方式。
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在最大的尺度上,暗能量的引力效应是排斥的。它将物体彼此拉开并加速宇宙的膨胀。
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大约在一年前,XENON1T实验报告了超出预期背景的意外信号或过量信号。
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该研究的合著者、意大利弗拉斯卡蒂国家实验室的研究员LucaVisinelli博士说:“这种过度行为通常是侥幸,但偶尔也会导致根本性的发现。我们探索了一个模型,其中信号可以归因于暗能量,而实验最初设计并不是用来检测暗物质的。”
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当时,对过量的最流行的解释是假设的太阳中产生的非常轻的粒子轴子。不过,这种解释现在还经不起观察。
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因为解释XENON1T信号所需的轴子数量将极大地改变比太阳重得多的恒星的演化,这与我们的观察相矛盾。
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说起来,对于暗能量研究了20多年,其实我们还远未完全了解暗能量是什么,科学家们也还说不清到底他是什么。
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但有一点可以肯定,从宇宙大爆炸发生后,暗能量一直在向外产生推力,使宇宙处于不断膨胀之中。
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不过大多数暗能量物理模型都会导致所谓的第五力的存在。
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暗能量与第五力
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宇宙中有四种基本力。任何不能用这些力之一解释的东西有时被称为未知第五力的结果。
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但是,我们知道爱因斯坦的引力理论在局部宇宙中是非常有效的。因此,不需要任何与暗能量有关的第五力。
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它必须在小尺度上被“隐藏”或“屏蔽”,并且只能在爱因斯坦引力理论无法解释宇宙加速度的最大尺度上起作用。
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为了隐藏第五力,很多暗能量模型都配备了所谓的屏蔽机制,以便于可以动态隐藏第五力。
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Vagnozzi和他的合著者使用一种叫做变色龙的类型,构建了一个物理模型筛选机制,以表明太阳强磁场中产生的暗能量粒子可以解释XENON1T的过量。
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Vagnozzi说:“我们的变色龙过滤器关闭了非常密集物体中暗能量粒子的产生,避免了太阳轴子所面临的问题。它还使我们能够把比较局部非常密集的宇宙中发生的情况,和非常低密度上发生的情况。在最大程度上分开。”
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暗能量存在吗?
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研究人员使用他们的模型表明,如果在太阳上称为轴层的特定区域里产生了暗能量,那该区域的磁场就会特别强。
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Vagnozzi说:“当事情像这样组合在一起时,真的很特别。这种过剩原则上可能是由暗能量而不是暗物质引起的,这确实令人惊讶。”
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他们的计算表明,设计用于检测像XENON1T这样的暗物质的实验也可用于检测暗能量。但是,原来的超额还需要令人信服地确认。
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维西内利说,“我们首先需要知道这不仅仅是侥幸。如果XENON1T真的看到了什么,你会期望在未来的实验中再次看到类似的盈余,但这次信号要强得多。”
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如果说过剩是暗能量的结果,那么即将到来的XENON1T实验,以及追求类似目标的实验,如LUX-Zeplin和PandaX-xT,就意味着在未来十年内直接探测到暗能量是可能的。
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同时,也有研究人员认为,或许人类一直想寻找答案的暗能量本身可能并不存在。因为它们都是宇宙中的“小黑洞”。
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在一些研究中曾经提出说,如果在未来的某一天,再也没有新的恒星在宇宙中诞生,而且所有的恒星也都同时变成了黑洞或黑矮星,那么在这个时候,整个宇宙也将会陷入在一片黑暗中。
此时的宇宙,也就走到宿命的尽头了。但是,因为宇宙中暗能量的比例太大,这也让这个观点不以为然。
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此外,还有一种观点认为暗能量可能与多维宇宙有关。或许在它的作用下,会导致宇宙多维空间的出现,同时带领宇宙一步步走向毁灭,最终在宇宙毁灭后重新积累能量。创造出一个新的宇宙来。那么你认为暗能量到底存在吗?
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