我們的宇宙大得令人難以置信，大部分是神秘的，而且通常令人困惑。我們被大小尺度上的復(fù)雜問題所包圍。當(dāng)然，我們有一些答案，比如粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，它幫助我們(至少是物理學(xué)家)理解基本的亞原子相互作用，以及宇宙起源的大爆炸理論，它編織了一個在過去138億年的宇宙故事。

但盡管這些模式取得了成功，我們?nèi)杂写罅抗ぷ饕觥＠?，暗能量到底是什么？暗能量是我們給觀測到宇宙加速膨脹背后驅(qū)動力取的名字。

博科園：而在天平的另一端，中微子到底是什么呢？那些幽靈般的小粒子在宇宙中穿梭、放大，卻幾乎不與任何東西發(fā)生作用。乍一看，這兩個問題在規(guī)模和性質(zhì)上似乎截然不同，以及可能認(rèn)為我們需要回答的所有問題。但可能只有一個實(shí)驗(yàn)就能揭示這兩個問題的答案。歐洲航天局的一架望遠(yuǎn)鏡將繪制出暗宇宙的地圖，它可以追溯到大約100億年前，當(dāng)時人們認(rèn)為暗能量正在肆虐。為了深入挖掘，我們需要“向上”看，在比星系大得多的尺度上(伙計們，我們這里說的是數(shù)十億光年)，我們的宇宙就像一個巨大、發(fā)光的蜘蛛網(wǎng)。

只不過，這個蜘蛛網(wǎng)不是由蛛絲織成，而是由星系織成的。長而細(xì)的卷須狀星系連接著密集的團(tuán)塊節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)是星系團(tuán)、熙熙攘攘的星系城市和熾熱、豐富的氣體——由成千上萬個星系組成的巨大、寬闊的墻。在這些結(jié)構(gòu)之間，占據(jù)了宇宙的大部分空間，是巨大的宇宙空洞，天上的沙漠里什么也沒有。它被稱為宇宙網(wǎng)，是宇宙中最大的結(jié)構(gòu)。這個宇宙網(wǎng)是由自然界中最弱的力（引力）在數(shù)十億年的時間里慢慢形成。很久以前，當(dāng)宇宙只有現(xiàn)在大小的極小部分時，它幾乎是完全均勻的。

但是“幾乎”在這里是很重要的：從一個點(diǎn)到另一個點(diǎn)的密度有微小的變化，宇宙的一些角落比平均水平稍微擁擠一些，而另一些則不那么擁擠。隨著時間的推移，重力可以產(chǎn)生驚人的效果。在我宇宙網(wǎng)中，那些略高于平均密度區(qū)域具有稍強(qiáng)的引力，吸引著周圍的物體，這使得這些團(tuán)塊更具吸引力，吸引了更多的鄰居等等。把這個過程向前推進(jìn)10億年，你就形成了自己的宇宙網(wǎng)。這是一個大概的圖景：要形成一個宇宙網(wǎng)，需要一些“東西”，需要一些引力，但真正有趣的是細(xì)節(jié)，尤其是細(xì)節(jié)。

不同種類的物質(zhì)會聚集起來，形成不同結(jié)構(gòu)。有些物質(zhì)可能會糾纏在一起，或者需要在凝結(jié)之前除去多余的熱量，而其他物質(zhì)則可能很容易加入最近的一方。某些類型的物質(zhì)移動得足夠慢，以至于重力可以有效地完成它的工作，而其他類型的物質(zhì)是如此的敏捷，以至于重力幾乎無法抓住它虛弱的手。簡而言之，如果改變宇宙的成分，就會得到不同外觀的宇宙網(wǎng)。在一種情況下，與另一種情況相比，可能會有更豐富的星系團(tuán)和更少的空腔，在另一種情況下，空腔在宇宙歷史的早期完全占據(jù)主導(dǎo)地位，根本沒有形成星系團(tuán)。

其中一個特別有趣的成分是中微子（上面提到的幽靈粒子）。由于中微子非常輕，所以它的傳播速度接近光速。這就產(chǎn)生了一種“平滑”宇宙結(jié)構(gòu)的效果：引力根本無法起作用，無法把中微子拉成緊湊的小球。所以，如果在宇宙中加入太多的中微子，像整個星系這樣的東西最終無法在早期宇宙中形成。這意味著可以利用宇宙本身作為一個巨大的物理實(shí)驗(yàn)室來研究中微子。通過研究宇宙網(wǎng)結(jié)構(gòu)并將其分解為不同的部分(集群、空洞等等)，可以非常直接地處理中微子。

只有一個小問題：中微子不是宇宙中唯一的成分。一個主要的混淆因素是暗能量存在，這種神秘的力量正在“撕裂”我們的宇宙。正如你所懷疑的，這在很大程度上影響了宇宙網(wǎng)。畢竟，在一個快速膨脹的宇宙中建造大型結(jié)構(gòu)有點(diǎn)困難。如果你只看宇宙網(wǎng)的一部分(例如，星系團(tuán))，那么你可能沒有足夠的信息來區(qū)分中微子效應(yīng)和暗能量效應(yīng)——它們都阻礙了“物質(zhì)”的聚集。在發(fā)表在《arXiv》上的一篇論文中，天文學(xué)家解釋了即將到來的星系研究調(diào)查，比如歐洲航天局的歐幾里得任務(wù)，將如何幫助揭示中微子和暗能量的特性。歐幾里得衛(wèi)星將繪制出數(shù)百萬個星系的位置圖，為宇宙網(wǎng)描繪出一幅非常廣闊的圖景。

在這個結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)含著我們宇宙歷史的線索，過去取決于它的成分，比如中微子和暗能量。通過觀察宇宙中密度最大、最繁忙的地方(星系團(tuán))和宇宙中最孤獨(dú)、最空曠的地方(空洞)組合，可能得到暗能量的本質(zhì)(這將預(yù)示著一個全新的物理知識時代)和中微子的本質(zhì)(它也會做同樣的事情)答案。例如，我們可能會了解到，暗能量正在變得越來越糟，或者變得越來越好，甚至可能只是保持不變?？赡軙乐形⒆佑卸啻蠡蛘咚鼈冎杏卸嗌僭谟钪嬷写┧?。但無論如何，在我們真正去看之前，很難預(yù)測會得到什么。

博科園-科學(xué)科普｜文:?Paul Sutter/Live Science

參考期刊文獻(xiàn): 《arXiv》

DOI: 10.1103/PhysRevD.99.063525

Cite: arXiv:1807.02470

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