空無一物的真空也許才是宇宙膨脹的元兇？

充滿暗能量的真空也許導致了宇宙的膨脹

圖為宇宙網的一個藝術呈現效果。它的結構形似一個巨大的蛛網，有大量的紫色絲狀物和一些橙色絲狀物點綴在黑色背景上。（圖源：Volker Springel 等人，來自馬克斯·普朗克天體物理研究所）

新的研究表明：幾乎完全真空的巨大空間組成了絕大部分的宇宙，它也許導致了宇宙的膨脹加速。這意味著這些巨量真空空間也許可以解釋暗能量這種撕裂宇宙的神秘力量的存在。

歡迎來到真空世界

如果將太陽系和銀河系所有的物質移走，將會發現一個有意思的現象：宇宙網，自然存在的最大結構，在這個尺度上，連一整個星系都只是一個光結構點，天文學家將觀測到的長長的、細細的繩稱之為絲狀結構，更密集的之為簇狀結構，充斥在它們之間空間則幾乎全是虛空。這些空間就是巨大的宇宙真空，其中最小的虛空空間也有2千萬光年之長，最大的空間更是超過1.6億光年。

真空像蛛網中的間隙一樣占據了宇宙的絕大部分體積，盡管它幾乎空無一物。事實上，除了已經延伸至可觀測宇宙盡頭的宇宙網，宇宙真空也是宇宙中最大的東西。

虛空的能量

天文學家在20世紀70年代末首次探測到宇宙真空，但那時起，這個結果一直未被重視。相反，當時的天文學家和宇宙學家主要聚焦于對宇宙可見部分物質結構的探索，例如星系和星團。通過這些研究，天文學家在20世紀90年代發現了一個驚喜：暗能量。

暗能量這個名稱源于可觀測宇宙的加速膨脹。這意味著宇宙不但每天都在膨脹，而且膨脹的速度越來越快。

這個時期的天文學家對宇宙加速膨脹的原因還沒有任何頭緒，只知道它是從大約50億年前開始的。因此提出了“暗能量”這個術語-一個擁有酷酷名稱的巨大宇宙學難題。

真空與暗能量有什么關系呢？首先，在恒星系統或星系內部是感覺不到加速膨脹的影響的，因為物質間的引力作用遠強于它。例如，不管是我們的太陽系還是銀河系都沒有因為暗能量而變得越來越大，但因為物質間的空間幾乎完全是真空的，因此更易受到這種膨脹的影響。所以非常有必要在膨脹影響最強的地方進行這種加速膨脹性質的研究。

伊朗的理論物理學家團隊發表的一篇新的研究論文中對這個思路做了進一步發散。在這篇于7月份預發表在數據庫arXiv，并最終出版在《皇家天文學月報：快報》的論文中，作者認為不是在真空中發現了暗能量，而是真空導致了暗能量的產生。

在黑暗中

這些巨大的真空區域是如何導致宇宙加速膨脹的呢？根據作者觀點，答案是不僅因為宇宙真空存在還因為真空產生了動力。

宇宙真空不止存在，它也像宇宙中其他的大型結構一樣，從較低的起點慢慢成長為了現在巨大的結構。數十億年前，宇宙中所有的物質都呈現均勻分布，不同地方間的密度相差不大，隨時間的流逝，那些更多物質存在的區域相較物質均勻分布的區域開始吸引到更多的物質。隨著聚集的物質越來越多，這些區域產生了更強的引力，增速變得更快。經過數十億年，物質就聚集形成了星系、星群和星團。

隨著這類結構物質的產生，真空區域也逐漸變大。不過與其把它看做一個被動的過程，我們可以通過測量它施加在周圍物質上的壓力來衡量真空的增長。例如，隨真空區域變大，星系邊界將會逐漸變薄直至消失，所有真空將合并在一起。在接下來幾十億年中，真空將溶解宇宙網，迫使所有的物質被數百個百萬光年長的真空分離成簇狀。

這種壓力就像宇宙中其他的物質和能量一樣可以扭曲真空的空間和時間，空間和時間的扭曲意味著真空膨脹將會推動星系的邊界造成他們的分離。

作者發現宇宙中所有大范圍真空一起溶解宇宙網導致了宇宙的加速膨脹，這種真空驅動力量的加速膨脹剛好與當前的暗能量假說相匹配。

天文學家還需要進一步研究去證明這一觀點。一方面，我們需要更多的真空測量方法去更好的計算真空產生的總壓，另一方面，我們需要了解更多關于暗能量的信息，特別是過去幾十億年來他們的能量是否發生了改變。另外，還有個有趣的觀點：也許暗能量并不是由宇宙中一些外力或過程產生的而僅僅只是一個宇宙真空正常演化的副產物。

本文首次出版在《生命科學》雜志。

BY:Paul Sutter

FY: 雜七八糟嘿

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來源: 天文在線