宇宙加速了多久？答案你或许不会想到

一场永无尽头的竞赛：膨胀vs引力

上一代人对宇宙最大的发现或许是在20世纪末，其时我们发现了一个最令人不安的宇宙真理：遥远的星系，跟着时间的推移，不光仅是从我们身边退去，并且是在加快远离我们。由超新星宇宙学项目和高-z超新星搜刮小组发现的宇宙加快膨胀现象，曾获得2011年诺贝尔物理学奖，但倒是宇宙中最奇异、最无法注释的现象之一。问题是，宇宙并不老是如许加快远离我们。数十亿年来，扩张速度在放缓，而对于一个活生生的100亿年前的人来说，宇宙或者看起来像是会塌陷。让我们看看发生了什么，以及我们若何知道。

（原创文章久久自媒体）

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在20世纪20年月，四个证据——三个观测证据和一个理论证据——连系起来敷陈我们宇宙正在膨胀。他们是：

发现夜空中的螺旋星云实际上是星系，或许说是“岛屿宇宙”，处于银河系之外并稀有十亿颗本身的恒星。维斯托·斯利弗对这些星系的红移和蓝移的测量，决意了这些星系远离我们（对于红移）或接近我们（对于蓝移）移动的速度，而绝大多数都是远离我们的。埃德温·哈勃和他的助手米尔顿·休马森测量到这些星系的距离。观测究竟加上滑翔者，显露了一个清楚的关系：平均来说，星系离我们越远，它远离我们的速度越快。最后，爱因斯坦的广义相对论带来了理论上的伟大飞跃：人们熟悉到，除非宇宙膨胀或收缩，不然各个偏向上布满了密度近似相等的星系的宇宙将是不不乱的。

这导致了一幅早在1929年的宇宙图片，谁人时候宇宙比如今更热、更密集、膨胀更敏捷，跟着时间的推移宇宙变得更冷、密度更小，并且膨胀速度变慢。

若是你在大爆炸的配景下思虑，这是有意义的。想象宇宙大爆炸是一个伟大宇宙角逐的发令枪，一方面是最初膨胀速度惊人的角逐，另一方面是能够把一切拉回一路的万有引力的角逐。你能够很轻易地想象出三种分歧的或者性，每种或者性都邑给宇宙带来分歧的命运：

大挤压。或许最初的膨胀速度很快，但跟着时间的推移，重力所施加的感化变得更强。扩张速度将放缓，然后住手。宇宙将达到最大尺寸，然后起头收缩。最后，它会在素质上是宇宙大爆炸的逆过程中的塌陷，冷寂。这是相反的情形：膨胀起头得很快，重力感化会使其减速，但这不足以使其停下来。膨胀会以极快的速度永远持续下去，固然重力一向在减缓它的速度，但从未成功地使它住手。这种情形被称为宇宙的热寂，或冷寂。临界宇宙。还有一种或者性是，你正优点在两者的边缘，膨胀率和重力互相完美均衡，膨胀率跟着时间的推移而减慢，并逐渐趋于零。若是此时宇宙中只多一个或少一个粒子，你就会获得上面的第一个或第二个场景，但粒子不在那边。这种“临界宇宙”的情形会导致你能想象到的最慢的热灭亡。

数十亿年来，这起临界状况似乎要胜诉。你看，当你生活在宇宙中视察分歧的星系时，你不光能够测量今天的膨胀率是几多，并且经由视察更遥远的星系，你还能够测量宇宙汗青上早期的膨胀率是几多。

所以数十亿年来，正确地说，大约70亿年，我们生活在一个临界宇宙中。膨胀起头首要是辐射（光子和中微子），然后冷却到足以使物质（包罗正常物质和暗物质）占有主导地位。跟着宇宙络续膨胀，物质密度络续下降，因为物质密度只是质量（这是一个常数）除以体积（这是增加的）。

但在某个时刻，物质密度下降到如斯低的值，以至于另一个对宇宙能量密度更微妙的进献起头展现：暗能量。在70亿年摆布，暗能量的值达到总能量密度的百分之几，到宇宙78亿年时，暗能量密度达到了一个非常主要的值：占宇宙总能量密度的33%。这是一个很主要的值，因为在一个布满物质的宇宙中，这是导致膨胀率起头加快所必需的暗能量！

从那时起，大约60亿年前，物质密度持续下降，而暗能量连结不变。今朝，暗能量约占宇宙总能量的68%，物质的总能量约为32%（暗物质占27%，正常物质占5%）。将来跟着时间的推移，物质密度将持续下降，而暗能量密度将连结不变，这意味着暗能量将越来越占主导地位。

对于单个星系来说，这意味着，从我们的角度来看，一个在大爆炸时刻就起头敏捷从我们身边消散的星系，在最初的78亿年里，它显着的衰退速度将会减慢。在那一刻，衰退的速度将住手放缓，并将在短时间内连结不变。从那时起，它就会加快，跟着我们和遥远星系之间的空间以越来越快的速度膨胀，它会以越来越快的速度撤退。在某种水平上——令人惧怕的是，这已经能够适用于可见宇宙中97%的星系——我们地点星系群以外的每一个星系似乎都以大于光速的速度撤退，因为物理的局限性，我们永远无法达到它。

据我们所知，宇宙老是拥有它今天固有的暗能量。然则，这破费了78亿年或许说整个宇宙的汗青，即在我们太阳系形成之前大约15亿年，物质密度才下降到暗能量主宰宇宙膨胀的水平。从那时起，我们地点星系群以外的所有星系都在加快远离我们，并将持续如许下去，直到最后一个星系消散。在曩昔的60亿年里，宇宙一向在加快，若是我们来得早一些，，我们或者永远不会考虑一个超越了直觉能指导我们的三种或者性之外的选择。事实上我们如今可以正确地感知宇宙并得出结论，这或许是最大的回报。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY:陈星雨

作者:EthanSiegel

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