#留給宇宙膨脹的時間或只剩最後1億年# 按照標准宇宙學的結論,我們的宇宙已經存在了約137億年,在這漫長的歲月中,宇宙由最開始的一個無窮小的奇點,逐漸膨脹到今天無比浩大的尺度。今天的宇宙仍在繼續膨脹,甚至還是加速膨脹,這讓物理學家不得不引入暗能量解釋這種異常的加速。對於暗能量的性質,我們知之甚少。而最近發表於《美國科學院院刊》(PNAS)的一項研究顯示,暗能量的一種可能狀態可能會讓宇宙在不久後停止膨脹,並慢慢開始收縮。而這個可能的時間結點離我們其實沒有想象中的那麼遠——6500萬年後宇宙的膨脹將不再加速,而1億年後宇宙的膨脹將徹底停止,並開始緩慢收縮。

1998年,保羅·斯坦哈特(Paul Steinhardt)等三位物理學家發表一篇論文,提出了暗能量是一種“精質”(quintessence)的假說。這樣的暗能量不再像宇宙學常數描述的那樣,能量密度固定不變,而是一種可以隨時間變化的標量場。這個標量場表現出吸引還是排斥,取決於其動能與勢能的比例。研究人員認為,這個標量場在宇宙誕生約35億年後變得具有排斥性,但那時對宇宙膨脹起主導作用的還是物質的能量密度,因而膨脹速度逐漸減小。直到宇宙誕生約98億年後,物質的能量密度隨著宇宙變大而降低,暗能量才起了主導作用,使得宇宙加速膨脹。但如果暗能量真是一個會隨時間變化的標量場,它的成分變化有可能導致排斥性逐漸消失。最近發表在PNAS的一篇論文中,斯坦哈特和兩位同事安娜·伊堯什(Anna Ijjas)以及科斯敏·安德烈(Cosmin Andrei)建立了一個包含“精質”暗能量的宇宙模型,他們調整了模型的參數,以符合已知的宇宙膨脹曆史。之後,研究人員用這個模型模擬了未來這樣的暗能量會發生什麼變化。他們發現,暗能量的能量密度會隨時間減小,最終表現得類似普通物質。這個轉變在6500萬年內就能實現,導致那時宇宙的膨脹不再加速。而距今1億年後,暗能量就會變得有吸引力,導致宇宙開始收縮。

盡管按照這個模型的預測,宇宙開始收縮的時間並不遙遠,但研究人員表示,剛開始宇宙收縮的速度非常緩慢,可能需要再經過幾十億年,宇宙才能達到今天的一半大小。但另一方面,我們對宇宙膨脹的所有觀測都來自數百萬到數十億光年的天體,它們能告訴我們的是宇宙過去的訊息,而不是宇宙的現在或未來。所以,宇宙也有可能已經開始收縮了,而地球上的我們要在很久之後才能意識到這一點。不過,我們目前還沒有辦法來確定暗能量是否確實是一種“精質”,或者宇宙的膨脹是否已經開始放緩。斯坦哈特等人的工作,只是建立在一種特殊的暗能量模型上。這種對暗能量的認識是否正確?或許要等未來的觀測告訴我們答案。(環球科學)http://t.cn/A6Xob3kd

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