暗物质和暗能量在拿出来讨论时,基本就是成双成对的。

这两者都是属于宇宙中暗系的物质或能量,在人类仅有的用光来考察宇宙的当下,无法直接使用现有的技术进行观测。
因为暗物质和它都不会反射、辐射、吸收光。
虽说先前只是一个假设,但是现在它的存在已经越来越被科学界证实和重视了。
暗能量驱动着宇宙发展目前人类对宇宙的认知中,证实了27%是由暗物质填充的,而暗物质则是像浇水一样粘连着宇宙各处。
暗能量则是能够吸收暗物质的一种无法被人类现有技术探查和捕捉到的东西。
简单理解来说,就是暗物质本来是一个框架,就像是你家的房梁一样,会支撑着房屋的构造。
当暗能量将暗物质给吸收消耗掉后,原本支撑宇宙的框架就会随之而变了。
在2011年,诺贝尔物理学奖曾经证实了宇宙是会膨胀的,而速度是会越来越慢的。
但是暗能量的出现,将暗物质进行了吸收和消耗,破坏了原有的宇宙框架,改变了宇宙现有的运作方式,被暗物质支撑的星体和能量会随之变化,宇宙的发展速度会越来越快,膨胀的速度不会恒定或者减慢,而是在加速。
在物理宇宙学中,暗能量就是充溢空间的、具有负压强的能量。

通过爱因斯坦的相对论,暗能量的负压强在宇宙中就是一种反引力。
近年来,科学家们发现星云间的位置越来越远,仿佛就是证明了宇宙的膨胀速度在加快,宇宙间的各种星体物质的运行速度也在加快,就导致大家之间的距离越来越远。
而它们移动的越远,运行的速度就越快。
宇宙的未来由暗能量决定1、167亿年后宇宙大撕裂暗能量就像给气球里打进去的气,会让气球一直胀气变大。
宇宙就像是这个气球,因为暗能量的作用,内部的空间被撑得越来越大,膨胀的速度也越来越快,当这个宇宙大气球最终被暗能量撑得无法在扩张时,宇宙就会全部被撕裂开来。
地球会被强行剥离出太阳系,各大行星之间的引力会被硬生生扯断,太阳被摧毁,地球也难以幸免。
暗能量被认为占据当前宇宙70%成份,神秘的暗能量遍及宇宙各个区域。
"宇宙大撕裂"理论认为,暗能量将摧毁宇宙每个区域,在宇宙终结之前的3290万年前银河系将产生引力崩溃。
不过令人感到欣慰的消息是,世界末日在遥远的167亿年之后才会出现,人们不必为此担忧。
2、宇宙大坍缩和宇宙大撕裂的理论正好相反,宇宙大坍缩指的是,暗能量最终将暗物质吸收完毕,无论宇宙的膨胀速度是变快还是变慢,都将会达到一个临界点。
当这个临界点到达后,宇宙就像气球放气一样,四周快速闭合。

星系重心吸引力作用向内部坍缩,所有星系越聚越紧,最后形成一个紧密的物质团,最终摧毁宇宙中所有的生命。
宇宙回归雏形。
不过已经有科学家证实这是谬论了。
暗能量是被爱因斯坦提出的爱因斯坦真的是人类史上贡献非常大的一位伟人。
1917年由他在两年前提出的广义相对论导出的一组引力方程式,预示着宇宙是在做永恒运动,这一点已经被现代科学家证实。
在当时,这个理论和他自己提出的爱林斯坦宇宙中的静止论相违背,于是他加入了"宇宙常数"这个项用于解释。
后来人们经过哈勃空间望远镜观测发现,事实上宇宙是在不断膨胀着的并且这一观测结果完全与引入"宇宙常数"之前的引力方程的计算结果相符合,爱因斯坦得知"实际上的宇宙是在膨胀着的"这个消息后非常后悔,因此他认为:"引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误!"可他不知道的是,其实他的理论不存在错误,反而十分正确。
爱因斯坦当年提出的叫"宇宙常数"的能量,是能抵消星系引力的作用,使宇宙保持一个不变的大小。
尽管爱因斯坦认为"宇宙常数"存在的理由是错误的,但提出的"宇宙常数"观点完全正确,但不能叫做宇宙常数,而是应该改名叫做"暗能量"。
天文学家们几十年来一直在研究它们的演化过程,希望不久的将来,科学家们能有所收获。
它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。
这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。
熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。
糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。
人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。
宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。
可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。
星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。
这看起来像是在违反第二定律。
这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。
引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。
而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。
比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。
这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。
两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。
正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。
在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。
可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。
G场生出一个暗能量项,而且是动态的。
暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。
现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。
比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。
这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。
膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。
宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。
但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。
总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。
那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。
所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。
比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。
但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。
引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。
若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。
来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.
每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。
这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。
左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。
图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。
这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。
然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。
通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。
暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。
在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。
标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。
科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。
一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。
然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。
因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。
而如此规模的模拟对算力要求极高。
团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。
模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。
这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。
模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。
来源:科技日报