T.宇宙不只是在膨胀;这是加速。当宇宙学家在1998年第一次意识到这一点时,这是令人震惊的。物质的吸引力会使膨胀减缓。但这并不是我们所看到的。宇宙中的星系不仅在远离我们——它们也在远离我们快点今天比昨天。
我们不确定是什么导致了膨胀加速,所以我们称之为“暗能量”。我们关于什么是物质的最好理论,也确实为我们提供了暗能量的候选——一种被称为真空能量的东西。它是一个空间区域的能量,包含在电磁场和它的表亲中,即使没有粒子。但当物理学家试图计算真空能量时,他们受到了冲击。答案是大约10个120.比从观察中得到的实际值大一倍。这是一个问题。
甚至在观测证实暗能量之前,诺贝尔奖得主、物理学家史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)就曾与理论高估问题作过斗争,并提出了一个非凡的解决方案。他指出,真空能的大小可以因地而异,这取决于宇宙中所有不同场的加减。在我们的空间中,真空能量的量是极小的,需要所有这些场相互抵消到难以置信的程度。这看起来极不可能,但在任何足够大的系统中,即使是最不可能的事件也会在某处发生。在绝大多数宇宙区域,过多的暗能量打破了使星系、恒星、行星和人类形成的力量平衡。我们看到一个不太可能精确的已知和未知字段的抵消,因为我们不可能存在。
我们一直在电脑模拟中测试温伯格的想法,我们发现星系比我们想象的更强大。它们更多地受内部力量平衡的控制,而不是受外部暗能量的影响。如果这是真的,那么我们观测到的暗能量的数量就不能被解释为选择效应,我们对暗能量的理解又回到了起点。
O.你的宇宙环境是宇宙力——重力和压力、冷却和加热、膨胀和坍缩——微妙平衡的结果。当所有这些推力和拉力达到平衡时,最终的产物就是我们的银河系,恒星在旋转的气体盘和弥漫的暗物质晕中形成。
在任何大量的系统中,即使是最不可能的事件也会发生在某个地方。
要了解Galaxies和Stars形式的多级过程,我们的模拟将物质缩小到由重力,压力和其他力量推动的小块中。我们将这些块放在扩大的宇宙中,并互相计算重力。我们必须分析的第一个余额在重力和扩张之间;一个将材料拉到一起,另一个将其分开。重力将赢得足够密集的地区。宇宙的那些部分将从他们的社区收集更多物质。丰富的富裕,大变大,我们最初顺利的宇宙发展了结构。
重力组装成圆形的“卤化”。这些也实现了平衡,这次重力和随机,混沌运动。为了破坏这种平衡并允许星系塑造,我们需要气体冷却。圆环中的气体是热门的,其实它发光。这种发光泄漏了热能,这可能会扰乱平衡。重力最终赢,并且物质缩小,直到它达到其最终均衡配置,通过旋转运动支撑。随着颗粒被扫成成形盘,天然气诞生。在此磁盘中,星星可以形成。
具有讽刺意味的是,包括到目前为止讨论的物理的模拟也擅长制造星系和恒星,比真正的星系要好得多。缺少的部分是反馈:当恒星形成时,它们将能量泵回周围,加热气体。当大型恒星耗尽燃料时,它们就会爆炸,从而将物质送回星系外。恒星会抑制恒星的形成,从而使我们观察到的平衡被打破。
在这种物理学,以及数千个连接的计算机上几周到几个月,这些模拟揭示了宇宙结构的凝结网,暗物质和普通物质聚集在一起,以产生非常现实的星系。如果Weinberg是对的,这个过程应该不在宇宙的地区工作,具有更多暗能的宇宙。
T.如果你不明白为什么其他区域无法形成星系,让我们追溯一下注定要成为一个星系的物质,比如我们的银河系。在我们模拟的宇宙中,这一小块物质首先碎裂成更小的碎片,其中一些包含着小星系。年轻的银河系通过收集更多的气体来形成恒星,也通过吸积更小的星系来成长。在今天的银河系周围,我们看到了又长又细的恒星流,它们是小星系的残骸,早已被粉碎。
当我们加速黑能量时会发生什么?宇宙扩张的加速阶段更早地开始。在重力和宇宙扩张之间的竞争中,后者越早赢得胜利,最终将结构形成为磨削停止。通过扩大空间来落入年轻银河系的较小的星系。将燃料恒星形成的气体从未在Galaxy的引力拉动中。年轻的银河系变得孤立和贫困。燃料有限,它会烧掉并进入衰老。
缩小,我们看到一座宇宙被小星系稀疏地稀疏,中间气体伸展过于薄,以制造星星,从最近的星系才能绘制。宇宙的结构形成时代,其创造性阶段结束。
如果我们继续升起黑暗能量,甚至最小的星系形式之前的结构冻结。宇宙中的任何事情都没有设法形成到星系,星星,行星或人民中。整个宇宙是脱盐的 - 一种弥漫性,扩大颗粒的气体非常偶尔互相反弹,但彼此不做。没有生命,因为根本没有结构或复杂性。
O.从表面上看,我们发现的结果支持温伯格的假设。但这一传奇故事出现了转折。
在我们的宇宙中,明星形成最有效地达到了几十亿年之前黑暗能量开始推动加速扩张。通过宇宙加速分离出星系,无论如何,明星产量正在下降。Stellar反馈是宇宙不会非常有效地形成星星的主要原因。黑暗能量只是一个次级恶棍。
结果,增加了更多的暗能量的10倍并不大大差异。只有明显的黑能量,我们仍然营出更多 - 宇宙加速度真正杀死明星形成。
我们还没有发布我们的调查结果,但如果他们持有,那么Weinberg的论点看起来很摇摇欲坠。假设宇宙的其他地区或多或少的黑能量超过我们的宇宙。基本上,每个区域选择零和10之间的数字120.,而我们自己的地区选择了1。现在想象你拿着你的调查剪贴板去检查在那些地区进化的生命形式;如果你遇到一个,问问他们能看到多少暗能量。当然,大多数地区已经死亡,这就解释了为什么没有人告诉你,“我的地区选择了10个。30.或1090。“但是有很多观察员看到10或100或以上的观察员,在这种情况下,我们可能会想知道为什么我们是那些看到值为1的异常值。理论说“预计大约100”,但我们看到1,我们无法解释我们的价值是仅仅是选择效果。
这是早期。我们还在分析。我们的电脑继续呼呼。但是,根据平衡,也许我们应该继续看其他选择解释黑能量。
卢克A.巴恩斯是悉尼大学悉尼天文学研究所的博士后研究员。他专注于星系形成。他的Geraint Lewis的书,一个幸运的宇宙:在精心调整的宇宙中的生活,最近由剑桥大学出版社出版。









