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为什么说暗能量具有负压强?空间不断被创造,怎样做到能量守恒

时间:2019-07-16
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可以连续创建空间。控制宇宙的真空能量(暗能量)不会随着空间的扩展而稀释。更多的空间导致更多的暗能量。然后问题来了,有黑暗。在能量存在的宇宙中,宇宙是否仍然符合能量守恒定律?为什么暗能量被认为有负压?我们今天将解决这个问题。

每当我们看到银河系之外,我们就会发现数十亿个星系,这些星系的大小和规模都与银河系相似。随着观测技术的进步,我们看起来越来越远,宇宙中的星系将变得越来越小,越来越模糊,但仍然数百万,数十亿甚至数百亿光年。有星系。这是宇宙最引人注目的特征之一,也是所有问题的根源。

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宇宙不是静止的。所有星系都倾向于彼此远离。重力将所有东西小规模地结合在一起,但是在更大的范围内,那些星系和星团不受重力的约束。不断扩大的太空世界将变得越来越稀疏和寒冷。

这一发展过程意味着过去宇宙的结构与今天不同;在过去,星系与星系团之间的距离更近。未来的宇宙结构将不会像现在这样遥远,并且将在未来的星系之间越走越远。

一些小伙伴可能不理解,有什么扩展?星系是遥远的,还是星系本身没有移动,但它们之间的空间越来越大?

有一些很好的类比可以解释这种现象。您可以将星系视为附着在膨胀气球表面的硬币,或烤制面包中的葡萄干。在这两种情况下,星系本身都不会膨胀,但随着时间的推移,它们之间的空间距离会扩大。

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你可能会担心,在不断扩大的宇宙中,空间本身发生了什么?这个空间会被拉得更薄还是更脆弱,有一天它会被撕裂吗?

这也是合理的,因为拉伸的气球最终会爆炸,面包的最大尺寸可以发酵。但我想告诉你,太空没有这样的限制。今天的空间性质与100亿年前的空间并没有根本的不同。 100亿年后,没有本质的区别。

事实上,随着宇宙膨胀,这些紧密耦合的引力结构(主要星系)之间会产生越来越多的空间。

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如果空间真的是空的并且没有内在的能量,那么空间的创造不会打扰我们。但在我们生活的宇宙中,事实并非如此!

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我们生活在上图中的宇宙可以是以下三种情况:

宇宙有一天会在自身的引力下重新崩溃(橙色曲线)。宇宙可以扩展到无限(蓝色曲线),因为引力不足以使它重新坍缩宇宙。它也可以在两个(绿色)曲线之间的边界上滑动,膨胀率逐渐下降到零,形成一个稳定的宇宙状态,在这种情况下,如果宇宙中还有一个质子,它将再次崩溃。

但以上都不是我们的宇宙;我们生活在红色曲线上,空间本身具有固有的能量。这是暗能量的本质:真空中固有的能量。暗能量占宇宙总能量的三分之二以上。这个比率只会随着宇宙膨胀而增加。更多的空间会自发产生。空间也会产生更多的暗能量。

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这种考虑也是合理的。它如何无形地创造能量?在广义相对论中,“能量”不是严格定义的数量,它是一个非常抽象的概念,但我们仍然可以很好地描述不同类型的能量。

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我们知道存在引力势能,它告诉我们物体在某个位置所包含的能量。我们知道有动能,这是物体运动的能量。我们也了解核能,化学,电力和许多其他形式的能源。

但也有一个特别重要的物理术语:做工作。工作是将力施加到物体以使其移动距离与物体的距离相同所需的能量。

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这意味着在引力场中,如果向图书施加向上的力并将其向上移动一段距离,则可以进行积极的工作(即,为系统增加能量)。但是,如果向向下移动的物体施加向上的力,那么你所做的工作就是负面的。 (即你从系统中移除了能量)

一般来说,当你向书的方向推进时,你会做一个积极的工作,为系统增加能量,当你向相反的方向推进时,你会做负面的工作。

现在让我们在宇宙中使用这个知识点(下图)。这个球形物体正在膨胀,恒定的能量密度(即暗能量)填充球体。物质和辐射产生的重力将球体向前拉,但是球体在做什么?

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球体向外扩展。换句话说,物质和辐射能量的引力将宇宙向内拉,这与膨胀方向相反,因此引力正在做负面的工作!

换句话说,宇宙创造了更多的空间,而这个空间确实具有内在的能量。然而,随着空间的扩大,星系变得不那么紧密,并且辐射能量随着红移而减小。当宇宙膨胀时,现有物质和辐射能量的负能量是创造新空间的额外能量。源!

因此,如果你问“暗能量”的能量来自哪里,它来自于对宇宙膨胀所做的负面工作。因此,人们普遍认为物质和辐射能使所有物质聚集在一起。它具有正压力特性,但我们的宇宙一直在加速膨胀,因此只有具有负压特性的暗能量才能使宇宙发展成今天的状态。

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