“水态”暗能量？“冰态”暗能量？

来源：牧夫天文

我们知道，宇宙在138亿年前的大爆炸中诞生，从此以后它开始膨胀。膨胀从未停止过——直到现在，它仍像正在充了气的气球一样，朝着四面八方不断扩张。

物理学家们对这一点并无异议，但是有一个地方却感觉不对。那就是，用不同的方法测量膨胀速度，得到的结果也不同。 

那么，是测量方法出错了吗？抑或是，物理学家们忽略了宇宙中的某些机制？

包括南丹麦大学（SDU）的宇宙学教授马丁•斯洛特(Martin S. Sloth)在内的几位物理学家认为，后者的可能性更大。 

在一篇新的论文中，他和他的SDU同事，博士后佛瑞恩•尼德曼(Florian Niedermannn)共同提出宇宙中可能存在另外一种暗能量。如果在计算宇宙膨胀时把这种暗能量考虑进去，结果就会更接近现实。斯洛特说，这种新的暗能量能解决相互矛盾的计算结果问题。

相互矛盾的计算

当物理学家们计算宇宙的膨胀速度(被称作哈勃常数)时，他们是基于这样一个假设：宇宙是由暗能量、暗物质和普通物质构成的。直到最近之前，所有的观测都符合这种描述宇宙物质和能量组成的模型，但是例外出现了。

 在研究超新星和宇宙微波背景辐射的最新测量数据时，出现了相互矛盾的结果。

具体地说，目前天文学家们测量宇宙膨胀速度的方法有两种。一个是基于对邻近星系的距离与速度之间关系的测量，另一个是来自于对早期宇宙背景辐射的测量。这两种方法得到的结果很不同。如果这种不一致的确存在，那么对于宇宙的演化就需要一个新的诠释。但是，这种矛盾也有可能来源于测量误差。在宇宙中测量距离十分困难，因此许多研究着眼于提高和校准对于距离的测量。

宇宙微波背景辐射

Credit: NASA/WMAP Science Team

去年，来自DAWN（宇宙黎明中心，Cosmic Dawn Center）的研究人员提出了新的想法：测量速度。遥远天体远离我们时，它发出的光会红移。利用红移，我们从遥远星系的光谱中就能计算其速度。不同于测量距离，目前测量速度被认为更为简单。

在测量速度时，有两种选择。一个是测量宿主星系远离我们的速度，这被认为是最可靠的。另外一种是测量星系中爆炸的恒星喷射出来的物质的速度。或者，更准确的是测量超新星抛射出来的，那些以光速的百分之几的速度朝我们飞来的物质的速度。研究人员发现，利用这两种方法得到的结果指向了两种不同的宇宙演化途径，以及不同的组成成分。

斯洛特说道，“在我们的模型中，我们发现如果早期宇宙中存在另外一种暗能量，就能同时解释超新星和宇宙微波背景辐射的数据，使它们不再有矛盾。”

暗能量的“相变”

斯洛特解释道，“我们相信，在早期宇宙中，暗能量是以一种不同的相态存在的。你可以把它比作正在变冷的水，在向密度更低的冰进行相态转变。”

“同样的，模型中的暗能量也在经历着向密度更低的相态转变的过程，因此它对宇宙膨胀的影响也会有变化。”

根据斯洛特和尼德曼的计算，如果你能想象暗能量经历了由宇宙的膨胀而引起的相态转变的话，结果是符合现实的。

“暴力”的新相态

斯洛特表示，在相态转变的时候，许许多多的新相态泡泡会突然出现，当这些泡泡膨胀并破裂时，相态转变就完成了。在宇宙尺度上，这是一个很暴力的量子力学过程。

现在，我们知道宇宙中大约20%的物质的组成。你，我，行星和星系都是由这种物质构成的。但是宇宙中还有暗物质，至今没有人知道它到底是什么。

除此之外，暗能量占宇宙能量密度的70%，它正在使宇宙不断膨胀。

参考文献

https://phys.org/news/2021-03-mystery-expansion-universe.html

https://phys.org/news/2020-10-expansion-universe-importance-velocity.html