捕捉暗能量--暗能量主宰宇宙命运

暗能量是个谜。暗能量充溢整个宇宙，占了宇宙总组分的三分之二，我们却对它毫无察觉；它推动着宇宙加速膨胀，我们却不知它为何物。暗能量到底是真实的存在还是虚幻的魅影？     

暗能量可能一直都存在

科学家最近通过哈勃太空望远镜发现．暗能量很可能在宇宙有史以来的2／3时间里都存在。暗能量是一种与重力相反的神秘斥力．正是它导致宇宙膨胀。尽管爱因斯坦早在许多年前就推测到了暗能量的存在，但是直到1998年它才被发现确实存在。     

Ia型超新星测距揭示宇宙的命运——2011年诺贝尔物理学奖简介

2011年度诺贝尔物理学奖授予了在天体物理研究领域取得杰出成就的美国科学家索尔·波尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯。他们通过Ia型超新星测距发现宇宙的膨胀是加速的,从而揭示了暗能量的存在。笔者将对人类认识宇宙的过程、Ia型超新星与宇宙加速膨胀、暗能量以及Ia型超新星研究中存在的问题做全面的介绍,并介绍中国学者在该领域的研究进展。文章的最后做了展望。     

暗能量或许不存在

通过对遥远星系团发出的X射线进行观测和分析，欧洲航天局科学家最近得出了与暗能量理论不符的结果。专家指出，新结果意味着人们过去一直探讨的宇宙暗能量“或许并不存在”。     

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一。它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型。指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。     

挑战物理学的暗宇宙--现代宇宙学世纪回眸

继“宇宙加速膨胀”当选为美国《科学》周刊1998年最大爆炸性新闻之后，“暗宇宙”又摘取了该刊2003年十大科学成就的桂冠。为什么说宇宙是“黑暗的”?什么是暗物质和暗能量?它与人们熟知的灿烂星河有何关系?人们是怎么知道它们的存在的?要弄清这些问题，需回顾20世纪初以来近百年的现代宇宙学史。     

宇宙死刑缓期执行

根据对暗能量的最新计算,宇宙还有240亿年可活。在很长一段时间里,暗能量将使宇宙继续膨胀。这对你来说也许没什么差别,不过总归不是坏事——美国科学家说,宇宙至少还能活240亿年,比他们原先预计的要长。他们根据哈勃望远镜的观察,计算宇宙中的暗能量,得出了这个新结论。斯坦福     

物理学中11个最大未解问题

美国国家研究委员会日前发布研究报告 ,列出了在新世纪需要解答的 1 1个与宇宙有关的难题 ,并同时建议美国政府研究机构加强协调 ,集中资源为这些难题寻找答案。这份报告由 1 9名权威物理学家和天文学家联合执笔 ,认为暗物质和暗能量应该是未来几十年天文学研究的重中之重。“什么是暗物质”和“暗能量的性质是什么”在 1 1个大问题中分列第一和第二位。据认为 ,暗能量的性质将决定宇宙的命运。美国国家研究委员会的报告建议 ,美国能源部和宇航局等机构应该进行跨部门合作 ,研制新一代广视野天文望远镜 ,以帮助科学家们探索神秘的暗物质和暗能量 ,并进而获取有关物质、空间和时间的基本信息。     

暗信息

作者在讨论暗物质和暗能量的基础上提出了暗信息(Dark Information)假说.狭义的暗信息概念为:在宇宙中可能存在着与暗物质和暗能量相对应的暗信息.广义的暗信息(Id)概念为:Id=Itot-I,其中Itot是某系统中各种类潜在信息的非线性全集合,I是该系统内在某一条件下可提取到的信息.作者进一步讨论了复杂系统不可避免含有暗信息、暗信息是不确定性存在的必要条件等论点,并推测海森伯的测不准原理的基础是由于存在暗信息.作者还提出"生命离不开暗信息"的观点,认为Id/Itot可能成为衡量生命系统可变异性而I/Itot(1-Id/Itot)可能成为衡量生命系统有序性的新尺度.     

宇宙幽灵——暗能量

奇特的暗能量 或许很多人都知道暗能量,虽然它是20世纪末的产物,但它的神奇性足以比得上"外星人存在"这个话题,以至于许多科学爱好者都知道"暗能量"这个宇宙学概念.它虽然看不见摸不着,如同幽灵一般,但是通过天文学家的观测,我们会在理论研究中发现它们的存在. 在科学研究中,宇宙成分被分为3大块.我们平时所见到的物质,像气体、固体、液体等可以直接观察到的东西,其质量仅仅占整个宇宙的4％,暗能量占据74％,暗物质占据22％.目前,人类对暗物质、暗能量的研究还只是皮毛,原因在于暗物质存在于人类已知的物质之外,不与光子产生任何反应,更不与人类所已知的物质发生任何碰撞.     

宇宙学与暗能量

宇宙暗能量的发现是近年来宇宙学中最重要的进展。在这之前，宇宙学已经历了大爆炸宇宙学和暴胀宇宙学两个阶段，暗能量的发现使得它发展到了精确宇宙学（或和谐宇宙学）的新阶段。     

暗能量：主宰宇宙命运的黑手

尽管宇宙学家们不敢肯定暗能量是什么，但是他们由此萌发了许多想法，并得到了三类可能的暗能量候选者：精质、真空能和幻影能。究竟哪种候选者能够“胜任”，这不但要依赖于一个参数值，而且还要依赖于该参数是否随时间而变。     

逃逸宇宙

巨大的星系飞快地离我们而去宇宙正在逃逸经典理论在这里不再适用谁把时间和空间推向远处2003年7月,美国匹兹堡大学的瑞安·斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布,他们发现了宇宙存在暗能量的证据。2005年2月,一个由英国、法国、意大利和澳大利亚等国科学家组成的研究小组宣布,他们在距离地球2000万光年的室女座发现了由暗物质组成的星系。宇宙学家认为,这个重要发现是宇宙学研究的一个重大突破。世界各大媒体都对此作了详尽报道。也许你们会问:暗能量是什么?暗物质是什么?欲知答案还得从超新星说起。     

星系红移巡天宇宙学——探索暗能量

宇宙时空的加速膨胀是20世纪自然科学最伟大的发现之一,探索其背后的物理机制是当前物理学和天文学的关键科学任务.在此研究领域,亟待解决的问题包括:(1)如何从海量观测数据中提取暗能量相关的核心信息?(2)暗能量是否具有动力学性质?(3)暗能量的本质是什么?暗能量研究的主要方法是联合多种探测手段,通过精准测量宇宙的膨胀率和结构形成来获取暗能量性质.大型星系红移巡天为暗能量研究提供了关键的数据支持.我们从巡天样本中提取重子声波振荡(baryon acoustic oscillations, BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions, RSD)等重要的宇宙学探针,分别用于测量宇宙的膨胀率和结构增长率,开展暗能量研究.大型巡天项目斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)已成功获取了百万量级的高质量星系光谱,测绘了迄今为止最大的宇宙三维图像,并将宇宙距离测量精度提高到1%,在高精度暗能量检验中发挥至关重要的作用.本文主要介绍过去10年内国际上最大的星系红移巡天项目——SDSS三期的重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, BOSS,2009～2014年)和四期的拓展重子振荡光谱巡天(extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, eBOSS,2014～2019年),以及我们依托BOSS和e BOSS巡天开展暗能量研究方面的最新进展.     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

从热质能到暗能量——暗能量起源的再探索

暗能量构成了我们已知宇宙物质的68%,被成功用于解释目前标准宇宙模型中的宇宙加速膨胀现象.但是,学界对于暗能量的起源这一基本问题尚存在较大分歧,成为宇宙学中最重要的难题之一.本文试图从热质理论出发,基于能量守恒原理探索暗能量的起源.热质理论是近年来传热学中发展的新理论,其中包括热质、热质速度和热质能等新物理量.热质是热量的相对论性质量,热质能是相对论性能量.在地球上的温度和压力条件下,热质和热质能的量级远远小于物体的静质和静质能,但在宇宙大爆炸后的初期,温度可以达到1015°C以上,此时热质能可以与静质能相当,甚至更大.高品位的能量形式,如电能、光能、机械能等在传递过程中会耗散为低品位的热能,因此在热量(热质)的传递过程中,热量(热质)的总量是守恒的,但是热质能会耗散为一种更低品位的,"不可见"的能量.该能量具有四个特点:可以充盈整个空间,具有极低的能量密度,负压力,随着时间逐渐增加.这些特性与暗能量的性质吻合,因此可以猜测暗能量来自于热质能的耗散,它是宇宙加速膨胀的动力来源并构成了目前宇宙的主体.     

“暗能量相机”拍摄到远古星光

位于智利山脉的巨大天空绘制仪器、世界上功能最强大的数字相机——"暗能量相机",穿越无数遥远星系,成功地拍摄到80亿年前的远古恒星光线.这个570 M像素的相机于2012年9月12日首次拍摄到南部星空的远古恒星光线. 这些远古恒星光线或将解答物理学最大的疑问——宇宙为什么处于加速膨胀状态?虽然暗能量占据宇宙质量的74％,但是科学家对暗能量仍不是非常了解.暗能量是21世纪科学领域最大的悬而未决的研究项目.     

中国暗物质与暗能量研究5～10年展望

暗物质和暗能量的研究是当前基础物理研究最前沿的方向之一,突破性的重要进展将极大促进我们对物质世界的微观结构以及宇宙演化的理解.国际上对暗物质及暗能量的研究都极为重视,美国和欧洲多国都为其进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目投资.国内也将这方面的研究纳入了中长期规划,并认为其很可能在不久的将来实现革命性的突破.在过去的几年内,我国在暗物质直接探测方面实现了长足的进步,探测结果的灵敏度达到世界先进水平.在2015年7月的香山科学会议上,一批从事这方面科研以及一批感兴趣的科学家讨论了未来5~10年我国在暗物质暗能量研究方面可能的规划和布局,建议依托锦屏地下实验室进行更大规模的暗物质直接探测实验,并开展卫星暗物质间接探测实验,力争在暗物质研究方面达到世界领先水平.同时建议在西藏阿里地区进行宇宙微波背景辐射观测,并通过空间站和地面望远镜进行深空巡天观测,从而实现对暗能量的深入研究.     

暗能量一手“操控”宇宙

直到1998年,天文学家才发现,原来我们一直忽略了占整个宇宙将近3/4的成分,也就是暗能量。暗能量不仅驱赶着宇宙膨胀,星系形状与星系间的距离也控制在它的手里。宇宙的雕塑家     

暗能量一手"操控"宇宙

直到1998年,天文学家才发现,原来我们一直忽略了占整个宇宙将近3/4的成分,也就是暗能量.暗能量不仅驱赶着宇宙膨胀,星系形状与星系间的距离也控制在它的手里.