爱因斯坦场方程预言的宇宙膨胀正好可以解释这种现象

自诞生以来，宇宙已经膨胀了137亿年从一个无穷小的奇点开始，扩展到今天的巨大规模可是，一些科学家预测，这种漫长的膨胀将在1亿年后完全结束，届时宇宙将开始收缩

根据标准宇宙学的结论，我们的宇宙已经存在了大约137亿年在这漫长的时间里，宇宙从一开始的一个无穷小的奇点逐渐膨胀到今天的一个巨大的尺度今天的宇宙仍然在膨胀，甚至在加速膨胀，这使得物理学家不得不引入暗能量来解释这种异常的加速我们对暗能量的本质知之甚少可是，之前发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究表明，一种可能的暗能量状态可能会使宇宙在不久的将来停止膨胀，并慢慢开始收缩而这个可能的时间节点并没有我们想象的那么遥远——6500万年后，宇宙的膨胀将停止加速，1亿年后，宇宙的膨胀将完全停止，并开始缓慢收缩

恼人的加速膨胀

爱因斯坦在1915年创立了广义相对论，使宇宙学真正成为一门科学爱因斯坦的场方程包含了宇宙起源和演化问题的答案但是方程中有一个问题困扰着物理学家它无法给出宇宙学模型下的静态解，所描述的宇宙总是在膨胀或收缩受限于当时的宇宙观，爱因斯坦坚信宇宙应该处于永恒的静止状态，于是他对方程进行了修改，加入了一个具有宇宙常数的项，得到了一个静止的宇宙学解

可是后来的天文观测却让所有人大吃一惊1929年，天文学家埃德温·哈勃观测到河外星系的红移，这意味着这些星系正在远离我们爱因斯坦场方程预言的宇宙膨胀正好可以解释这种现象这样看来，方程没有静态解就不是问题，加上宇宙常数真的是画蛇添足爱因斯坦后来撤回了对场方程的修改，承认引入宇宙常数是他犯过的最大错误

可是，问题并没有就此结束由于我们的宇宙在膨胀，伴随着宇宙变大，宇宙中的物质密度降低，相应的能量密度也会降低此时，根据爱因斯坦场方程的预测，宇宙的膨胀应该会逐渐变慢可是天文观测又一次让大家大吃一惊1998年，天文学家根据Ia超新星的观测数据计算出宇宙的膨胀速率，发现宇宙不是在减速，而是在加速

宇宙的膨胀速度是在增加而不是减少，这一发现让物理学家感到困惑给个解释，物理学家认为宇宙中存在未知的东西，它的能量密度不会伴随着宇宙变大而降低，而是保持不变所以当宇宙膨胀到原来的两倍大时，这种能量的总量也会翻倍将这种未知能量纳入宇宙模型，实际上相当于捡起了爱因斯坦抛弃的宇宙常数，让爱因斯坦的场方程给出了加速膨胀解

当今宇宙所有内容的比例示意图，其中暗能量占68.3%，暗物质占26.8%，已知普通物质仅占4.9%。

这种未知的能量现在被称为暗能量根据物理学家的估计，暗能量应该占据今天宇宙所有内容的70%左右，才能符合宇宙加速膨胀的观测但是，这种神秘的能量到底是什么，在物理学上如何描述，学术界并没有共识对暗能量的认知关系到我们对未来宇宙命运的预测如果暗能量的能量密度不是一个常数，而是会随时间变化，那么宇宙很可能在未来停止膨胀，开始收缩而且最短只需要一亿年

一亿年后的命运

1998年，保罗·斯坦哈特等三位物理学家发表论文，提出了暗能量是一种精华的假说这样的暗能量不再是宇宙常数所描述的恒定能量密度，而是可以随时间变化的标量场这个标量场显示的是引力还是斥力，取决于它的动能与势能之比研究人员认为，这个标量场在宇宙诞生约35亿年后变得排斥，但当时正是物质的能量密度在宇宙膨胀中起主导作用，因此膨胀率逐渐降低直到宇宙诞生后约98亿年，伴随着宇宙变大，物质的能量密度降低，暗能量起了主导作用，加速了宇宙的膨胀

大爆炸以来137亿年宇宙演化示意图在这137亿年里，宇宙一直在膨胀，而在最近的几十亿年里，宇宙一直在加速膨胀

但如果暗能量真的是一个会随时间变化的标量场，其成分的变化可能会导致斥力的逐渐消失在最近发表在PNAS的一篇论文中，steinhardt和两位同事Anna Ijjas和Cosmin Andrei建立了一个包含本质暗能量的宇宙模型，他们调整了模型的参数，以符合已知的宇宙膨胀历史之后，研究人员用这个模型模拟了未来这样的暗能量会发生什么他们发现暗能量的能量密度会伴随着时间的推移而降低，最终表现得和普通物质一样这种转变可以在6500万年内实现，届时会导致宇宙膨胀停止加速一亿年后，暗能量将变得有吸引力，导致宇宙开始收缩

根据这个模型的预测，宇宙开始收缩的时间并不遥远，但研究人员表示，在开始时，宇宙收缩非常缓慢，宇宙可能需要数十亿年才能达到今天的一半大小但另一方面，我们所有关于宇宙膨胀的观测都来自于几百万到几十亿光年的天体它们能告诉我们的是宇宙过去的信息，而不是宇宙的现在或未来所以，有可能宇宙已经开始收缩了，我们地球人意识到这一点还需要很长时间

可是，我们仍然没有办法确定暗能量是否确实是一种本质，或者宇宙的膨胀是否已经开始放缓steinhardt等人的工作只是基于一个特殊的暗能量模型这种对暗能量的理解正确吗也许我们要等待未来的观测来告诉我们答案

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