科學家們發(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建造寬視場紅外探測望遠鏡(WFIRST)的主要原因之一，這是一個空間望遠鏡，其測量結果將有助于闡明暗能量之謎。

隨著對暗能量的更好理解，將對宇宙的過去和未來演化有更好的認識。直到20世紀，大多數(shù)人認為宇宙是靜態(tài)的，在整個永恒中基本上保持不變。

當愛因斯坦在1915年發(fā)表了他的廣義相對論，描述了引力如何在時空結構中運動時，他困惑地發(fā)現(xiàn)，這個理論表明宇宙必須要么膨脹，要么收縮。為了保持一個靜態(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，盡管沒有證據(jù)表明它確實存在。這種神秘的力量被認為能抵消引力，使一切保持在適當?shù)奈恢?。然而，?0世紀20年代即將結束時，天文學家喬治·勒梅特(Georges Lemaitre)，然后是埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)，做出了一個令人震驚的發(fā)現(xiàn)：除了極少數(shù)例外，星系正在相互競跑。

宇宙遠非靜止，而是正在向外膨脹。因此，如果我們想象倒退這種膨脹，一定有一段時間宇宙中的一切都在幾乎不可能的熱在一起，最終會達到一個起點，這個點就是奇點，也是宇宙大爆炸的開始。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家們推測，引力最終會減緩，甚至可能完全逆轉這種膨脹。如果宇宙中有足夠的物質(zhì)，引力就會克服膨脹，宇宙就會在熾熱的“大嘎吱聲”中崩潰。否則，膨脹永遠不會結束，星系會越來越遠，直到它們越過可觀察到的宇宙邊緣。

我們遙遠的后代可能不知道其他星系的存在，因為它們太遠了，看不見。隨著宇宙逐漸褪色成冰冷的黑色，現(xiàn)代天文學的大部分可能有一天會淪為傳說。天文學家已經(jīng)通過使用地面望遠鏡來研究相對較近的超新星爆炸來測量膨脹速率。這個謎團在1998年升級，當時哈勃太空望遠鏡對更遙遠的超新星觀測幫助表明，宇宙在過去實際上比現(xiàn)在膨脹得更慢。正如很多人所認為的那樣，宇宙的膨脹并沒有因為引力而減慢，反而在加速。

把時間快進到今天，雖然我們?nèi)匀徊恢赖降资鞘裁磳е铝思铀?，但它已?jīng)被命名為暗能量。這種神秘的能量很長時間都沒有被發(fā)現(xiàn)，因為它太弱了，以至于引力在人類、行星甚至銀河系的規(guī)模上壓倒了它。當你看書的時候，它就在你的房間里，在你的身體里，但是引力抵消了它，所以你不會飛出你的座位。只有在星系間的尺度上，暗能量才會變得引人注目，就像是對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，這需要對愛因斯坦的引力理論進行一些調(diào)整（宇宙常數(shù)）愛因斯坦稱之為他最大的錯誤?；蛘?，愛因斯坦的引力理論可能會在宇宙學尺度上崩潰。如果是這樣的話，這個理論將需要被一個新的理論所取代，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

之前的任務已經(jīng)收集了一些線索，但到目前為止，還沒有產(chǎn)生強烈傾向于一種解釋而不是另一種解釋的結果。WFIRST具有與哈勃相機相同的分辨率，但視野是哈勃相機的100倍，它將生成前所未有的宇宙大照片。這項新任務將通過繪制宇宙中物質(zhì)的結構和分布，以及通過測量大量遙遠的超新星，以其他望遠鏡無法做到的方式，推進對暗能量之謎的探索。這些結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，這次任務將使用三種方法來尋找暗能量的解釋。

高緯度光譜測量將使用“標準尺”技術測量數(shù)百萬星系的精確距離和位置。測量星系的分布如何隨距離變化，將給我們一個了解暗能量隨時間演化的窗口。這項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，并將檢驗愛因斯坦關于宇宙年齡的引力理論。高緯度成像調(diào)查將測量大量星系和星系團的形狀和距離。巨大物體的巨大引力扭曲了時空，導致更遙遠的星系出現(xiàn)扭曲。通過觀察扭曲的程度，科學家可以推斷出整個宇宙的質(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)：

另一個宇宙之謎，只有通過它對正常物質(zhì)的引力作用才能看到。這項研究將提供對宇宙中大型結構的增長以及暗能量如何影響宇宙的獨立測量。WFIRST還將對一種類型的爆炸恒星進行觀測，這是建立在導致加速膨脹發(fā)現(xiàn)的觀測基礎上。Ia型超新星發(fā)生在白矮星爆炸時。Ia型超新星通常在其峰值時具有相同的絕對亮度，使它們成為所謂的“標準蠟燭”。這意味著天文學家可以通過觀察它們離地球多遠來確定它們有多遠，離地球越遠，看起來就越暗。天文學家還將觀察來自超新星的特定波長的光，以找出垂死的恒星離開我們的速度有多快。

通過將距離與亮度測量相結合，科學家將看到暗能量是如何隨著時間的推移而進化的，提供了與兩個高緯度調(diào)查的交叉核對。WFIRST任務在結合這三種方法方面是獨一無二的，它將能促使對暗能量影響非常有力和豐富的解釋，并使我們能夠?qū)Π的芰康男再|(zhì)做出明確定義。發(fā)現(xiàn)暗能量在過去是如何影響宇宙的膨脹，將會對未來宇宙膨脹產(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“大撕裂”，探索暗能量將使我們能夠研究，甚至可能預見宇宙的命運。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

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