从古至今,人类一直都在探索世界的奥秘,古时候由于人类的科技不够发达,所以古人认为我们的地球就是唯一的世界,太阳和月亮都在围绕地球转动,不过随着人类科技的进步,人类对宇宙的了解越来越多,现在我们已经知道,宇宙是浩瀚无穷的,我们的地球只是宇宙中非常渺小的一粒沙子,在宇宙中有非常多的天体,比如说恒星、行星、彗星、小行星、中子星等等,不过在众多星球当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球,从人类走出地球之后,人类就一直对宇宙产生了好奇,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中是不是还存在外星生命?
带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,曾经科学家一直都认为,我们的宇宙是静态的,是有限的,连著名的爱因斯坦也这样认为,在20世纪初的时候,科学家普遍都认为宇宙的大小是固定的,没有证据表明宇宙在膨胀或收缩,基于当时的观测技术和对宇宙的有限了解,人们自然而然的认为宇宙是静态的,爱因斯坦当时也是受到了这种传统观念的影响,爱因斯坦的广义相对论表明,物质和能量会使时空弯曲,而引力会导致物体相互吸引。如果仅考虑引力,宇宙中的物质会使宇宙有收缩的趋势。然而,爱因斯坦认为宇宙应该是稳定、静态的,为了使广义相对论的方程能够描述一个静态宇宙,他在方程中引入了一个“宇宙常数”,用它产生的斥力来抵消引力的收缩作用,从而得到一个静态的宇宙模型。
爱因斯坦相信宇宙是均匀且各向同性的,即宇宙在所有方向上看起来都一样,地球在宇宙中并不特殊。在他看来,一个静态的宇宙更符合这种均匀各向同性的宇宙学原理,因为静态宇宙不存在特殊的方向或位置,满足宇宙在大尺度上的对称性。后来在1922年的时候,苏联数学家亚历山大.弗里德曼在莫斯科物理学会上发表论文,首次从爱因斯坦方程中解出动态宇宙模型,他证明宇宙可能存在是那种演化形态:膨胀、收缩或临界状态,弗里德曼的数学推导严谨而深刻,但是受限于当时观测技术的不足,他的理论未能引起国际科学界的关注。
后来到了1927年,比利时科学家、牧师乔治.勒梅特在《英国皇家天文学会月刊》发表论文,提出宇宙从原始原子爆炸式膨胀的模型,他结合弗里德曼的数学解和天文观测数据,指出星系红移现象,暗示着我们的宇宙在膨胀当中,不过他发表的论文也没有收到太大的关注,直到1929年的时候,美国天文学家爱德温.哈勃在《美国科学院院刊》发表里程碑的论文,系统论证了星系红移和距离的关系,他利用威尔逊山天文台100英寸口径望远镜,测量了46个星系的红移数据,发现红移量与星系距离呈正比关系(即哈勃定律:v = H₀d)。
这一发现直接表明,宇宙并非静止,而是以星系彼此远离的方式均匀膨胀。哈勃的观测数据终结了“静态宇宙”与“膨胀宇宙”的争论,成为现代宇宙学的基石。有趣的是,哈勃本人对“宇宙膨胀”这一术语持谨慎态度,更倾向于称其为“星系红移现象”。目前人类通过计算得出,哈勃常数约为73.04千米/(秒·百万秒差距)。这意味着距离地球每增加1百万秒差距(约326万光年),星系远离地球的速度就会增加约73.04千米/秒。其实宇宙膨胀对于人类来说并不是一件好事情,宇宙膨胀会导致星系退行,使得我们观察到的宇宙范围是有限的,随着时间的推移,遥远星系发出的光会因为宇宙膨胀而红移,变得更加难以观测,这就限制了人类对宇宙更深处的探索和对宇宙全面的认知。
而且宇宙膨胀还影响着宇宙中物质的分布和演化,在膨胀过程中,物质逐渐稀疏,恒星和星系的形成和演化也会受到影响,进而影响生命诞生和发展的宇宙环境,看到这里,相信很多人都会产生一个疑问,宇宙为什么会膨胀?根据“DESI”巡天观测项目近日发布的一项研究,科学家发现,我们可能错了,宇宙可能并没有像之前认为的那样膨胀。“DESI”的全称是“Dark Energy Spectroscopic Instrument”,意为“暗能量光谱仪 ”,该仪器架设在美国亚利桑那州的一台天文望远镜上,顾名思义,这是一台用于研究暗能量的仪器,通过科学家的研究得出,我们所看到的恒星、行星、彗星、小行星等等,仅仅占到宇宙总质量的百分之5。
而看不到的物质(暗物质、暗能量)占到了宇宙总质量的百分之95,从占比上我们就能够看出暗物质和暗能量的数量非常多,在1933年的时候,瑞士科学家弗里茨.兹维基通过分析星系团的运动速度,首次提出了存在缺失的质量,这些缺失的质量可能就是暗物质,在20世纪70年代,美国天文学家薇拉·鲁宾(Vera Rubin)观测星系旋转曲线时发现,外层恒星运动速度远超理论预测,暗示存在额外引力源,进一步证实暗物质存在。简单来说,暗能量被认为是推动宇宙膨胀的驱动力,在相关研究领域,科学家用宇宙常数来对其进行描述,长期以来,科学家们都认为,这个宇宙常数是一个不变的数值,而宇宙膨胀也应该是均匀的。
在过去的时间内,“DESI”巡天观测项目一直在致力于收集关于“宇宙常数”方面的观测数据,在早期的研究当中,科学家就发现了一些特殊的地方,实际观测数据和基于宇宙常数不变的理论预测似乎存在差异,在此之后,为了进一步验证这些初步的发现,科学家利用DESI进行了更加持久的观测,此次的研究成果,是基于长达3年的收集到的观测数据,数据量达到了早期研究的30倍,其中包括了大约1500万个星系和类星体的信息,时间跨度达到了110亿年,在研究工作中,科学家仔细研究了来自“DESI”的观测数据,并将其和之前其它的宇宙观测数据(例如宇宙微波背景辐射、la超新星以及遥远星系的光线被引力弯曲的现象等)。
一起进行了综合分析,研究结果再次表明了,实际观测数据与基于宇宙常数不变的理论预测存在差异,在这种情况下,宇宙就没有像之前认为的那样均匀的膨胀,如果真的是这样的,我们需要彻底修改现有的宇宙学模型,而我们对宇宙的起源、演化和最终命运的理解,都将因此而发生巨大的改变。对于这个问题,约翰斯.霍普金斯大学的天体物理学家亚当.丽斯表示,如果这次的发现最终得到证实,那将是我们自发现暗能量以来,关于暗能量本质的最大线索,这可能意味着,暗能量并不是我们之前认为的那样,是一种静态的能力,而是一种更加奇特的存在。
暗能量是目前人类在宇宙中发现的最神秘的能量,它即不吸收、反射也不辐射光线,这意味着现在人类的技术无法观测到它的存在,目前人类对暗能量的认知完全基于对宇宙宏观结构的间接影响,有一些科学家认为,暗能量从宇宙大爆炸以后就诞生了,它是宇宙大爆炸中产生的一种强大的能量,还有的科学家认为,古老和休眠星系中的黑洞增长速度超出预期,超大质量黑洞可能拥有庞大的真空能力,且它们正是宇宙膨胀的原因,不过,这一理论也只是科学家的猜测,目前还没有得到证实。想要解开暗能量的奥秘,或许人类必须从宇宙大爆炸开始研究,不过宇宙大爆炸距离现在已经过去了138亿年的时间。
如此漫长的时间,科学家想要往回追溯,需要强大的科技支持,人类现在能够走出地球探索宇宙,不过人类对宇宙的认知还停留在初级阶段,我们所看到的恒星、行星、彗星等等,这些可能都是宇宙中最简单的事物,而那些看不见的神秘物质,才是推动宇宙运行的关键,暗物质和暗能量就像是宇宙中的隐形巨人,用引力编织星系,用推力改写宇宙命运,尽管我们现在还没有揭开它的面纱,但是每一次天文观测、每一次粒子碰撞试验,都会让人类离真相更进一步,或许在不久的将来,暗物质探测器能够捕捉到关键证据,到时候我们能够解开暗物质和暗能量的奥秘。
小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技一直都在不断的进步和发展,虽然现在人类还没有解开宇宙中全部的奥秘,但是只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开宇宙中所有的奥秘,到时候我们就能够知道宇宙到底是如何诞生的?宇宙中的暗能量和暗物质到底是什么?希望这一天能够早日到来,对此,大家有什么想说的吗?