暗能量：宇宙中的幽灵？
从宇宙学观测结果来看，它是爱因斯坦的最大错误——宇宙学常数的候选者，然而理论上它与其物理对应的真空能与量子力学结果有着巨大差异，让人怀疑它不是真空能。
对此物理学家又提出了标量场暗能量模型，以期避免宇宙学常数所带来的各种问题。
但目前仍然没有一种令人信服的物理理论可以完
【菜科解读】
暗能量的本质究竟是什么，目前仍是一个无法回答的问题。
从宇宙学观测结果来看，它是爱因斯坦的最大错误——宇宙学常数的候选者，然而理论上它与其物理对应的真空能与量子力学结果有着巨大差异，让人怀疑它不是真空能。
对此物理学家又提出了标量场暗能量模型，以期避免宇宙学常数所带来的各种问题。
但目前仍然没有一种令人信服的物理理论可以完全地解释暗能量的起源和本质。
撰文 | 巩岩
暗能量是目前宇宙学和物理学的一大谜题。
根据宇宙学观测，目前宇宙中的物质或能量组成中普通物质（或重子物质）只占了约5%，而剩余的95%由暗物质和暗能量占据。
其中，暗物质约占27%，而暗能量则占据剩余的68%。
也就是说，当前宇宙中超过2/3的物质或能量是由暗能量构成的。
图1：宇宙的物质组成。
其中暗能量占了总组成的约68%。
丨图片
而这占据宇宙大部分组成的暗能量，却具有与其他物质截然不同甚至可以说匪夷所思的性质。
与暗物质的粒子属性不同，暗能量通常认为是以一种能量状态的形式存在的。
其最显著的特征是具有负压的排斥力效应，可以看作万有斥力或反引力。
正是由于具有这种奇特的性质，暗能量从被提出便争议不断，如宇宙幽灵一般在物理和天文学中游荡。
从理论上说，暗能量理论的提出可以一直追溯到艾尔伯特·爱因斯坦。
宇宙学常数Λ，目前暗能量最主要的候选者之一，就是爱因斯坦于1917年为了平衡引力场方程来得到一个当时人们普遍接受的稳态宇宙而提出的。
但随后的研究发现，此常数的加入并无法使宇宙保持稳定，而是在微小的扰动下便会加速膨胀或收缩。
特别是1929年埃德温·哈勃首次观测到了宇宙膨胀现象，更是确认了宇宙的非稳态属性。
爱因斯坦得知此观测结果后非常后悔，将宇宙学常数称为自己最大的错误（biggest blunder）。
图2: 宇宙膨胀历史示意图。
观测表明，宇宙晚期开始逐渐加速膨胀。
丨图片
然而富有戏剧性的是，爱因斯坦的这一最大的错误却是目前对绝大多数宇宙学观测结果最简单也是最为相符的解释！
虽然暗能量占据宇宙大多数能量组份，但由于充斥整个宇宙，其密度极低（约为10^（-30） g/cm^3），比常温常压的空气密度低了一千亿亿亿倍！在如此低密度的情况下，在实验室中探测和研究暗能量的性质显然是不现实的。
因此，目前对暗能量的探测主要集中在大天区大样本的宇宙学观测中，即希望通过大规模统计在极大尺度和极多样本中尝试探测暗能量的性质。
早在20世纪80年代和90年代初，人们通过星系团、球状星团等观测，并结合暴涨理论，已经开始意识到宇宙中的一般物质组成可能只占宇宙总质量的一小部分，并间接推断出宇宙中应该存在着一种占据很大组份的具有斥力的能量，即暗能量。
在1998年和1999年，美国的两支观测团队，即索尔·珀尔马特团队和亚当·里斯团队，分别利用观测的Ia型超新星（SN Ia）数据，较为精确的测量了宇宙不同红移处的距离，发现宇宙目前正处于加速膨胀阶段！
图3: Ia型超新星示意图。
白矮星通过吸收伴星物质超过钱德拉塞卡极限而猛烈爆发，形成SN Ia。
SN Ia爆发时光度比较一致，可以作为标准烛光来测定距离。
丨图片来源: ESA
这被认为是暗能量存在的一大直接证据。
这是由于除了暗能量外，根据广义相对论的计算，宇宙中的其它物质或能量在宇宙学尺度上都将被引力所主导，即会由于引力作用而相互吸引。
在此情况下，宇宙只能减速膨胀（或加速收缩），绝不可能出现加速膨胀的情况——除非有某种斥力存在！
#p#分页标题#e#在进一步的宇宙学观测中，通过目前多种宇宙学观测手段和探针，如宇宙微波背景辐射（CMB）、重子声波振荡（BAO）、弱引力透镜等，发现暗能量的能量密度随时间并没有显著的变化。
也就是说随着宇宙的膨胀，暗能量并不会像一般物质那样会因为体积的增加而被稀释，而是保持浓度不变。
这种无中生有的奇特现象并不代表违背了能量守恒定律。
根据广义相对论，物质的压强也是一种能量（即能动张量的一部分）。
只要暗能量的压强p为负，且绝对值与能量密度r正好相等（即状态方程w=p/rc^2等于-1，c为光速），就可以允许此现象的存在。
而这正是宇宙学常数的性质。
宇宙学常数一个最直观的物理对应就是真空能或零点能。
这是非常容易理解的，因为真空能或零点能与宇宙学常数一样，在空间中是均匀分布且能量密度不随时间变化的。
真空能的效应可以在卡西米尔效应（Casimir effect）等实验中被观测到，已被物理学家们广泛接受。
从逻辑上来说，随着宇宙的膨胀，真空在不断增加，而真空能的能量密度不变，因而宇宙中的真空能也在相应地不断增加。
这与观测的暗能量性质是一致的。
图4: 真空量子海示意图。
丨图片NASA/CXC/M.WEISS
然而，宇宙学常数当前存在着理论上的巨大挑战。
根据目前观测，宇宙学常数的能量密度不会超过10^（-9）焦耳每立方米。
而根据量子力学的估计，真空能的理论值应该高于10^113焦耳每立方米，即观测值比理论值小了至少121个数量级！如此巨大的差异让人们不禁怀疑是目前的量子力学理论错的太过离谱，还是暗能量其实并不是宇宙学常数或真空能。
因此，另一种主要的暗能量理论也被提出，即标量场暗能量。
标量场暗能量理论的基本想法是引入一个与物质场最小耦合的可以随时间演化的标量场，以及描述这个标量场的势，并以此来解释宇宙的加速膨胀。
与此类似的思想在关于宇宙早期的暴涨理论中就提出过，但驱动暴涨的标量场与后期驱动宇宙加速膨胀标量场之间的关系，目前从理论上来说还并不明确。
与宇宙学常数或真空能不同，标量场暗能量是可以随时间演化的，在空间上的分布也可以不均匀，并且根据其动能项和势能项的相对大小，可以表现为不同强度的吸引力或排斥力。
因此相对于宇宙学常数，在理论上多了一些自由度，可以避免宇宙学常数中的精细调节问题和巧合性问题等问题。
在标量场暗能量模型中，精质暗能量（Quintessence）、幽灵暗能量（Phantom）以及精灵暗能量（Quintom）等均是被广泛讨论的标量场暗能量模型。
这些模型基本是按照状态方程w>-1，w<-1以及w跨越-1来分类的。
图5: 不同暗能量对宇宙结局的影响。
如果暗能量为宇宙学常数，则宇宙会持续加速膨胀；如果是幽灵暗能量（Phantom），则宇宙会在疯狂加速膨胀中导致大撕裂（big rip）；如果暗能量能量密度在未来某刻开始显著下降，则可能会导致宇宙走向大坍缩（big crunch）。
丨图片NASA/GSFC
其中，最为不可思议或疯狂的可能要属幽灵暗能量。
在此模型中，状态方程w始终小于-1。
#p#分页标题#e#意味着暗能量的能量密度既不会像宇宙学常数那样保持不变，也不会像精质暗能量那样渐渐减少，而是将随着宇宙的膨胀而不断急剧增加，从而又进一步的推动宇宙膨胀！这种正反馈机制最终会导致在有限的时间内宇宙的膨胀速度趋近于无穷大（由于是空间膨胀，因此并不与相对论冲突），即导致宇宙的大撕裂（big rip）。
届时宇宙中的星系、恒星甚至分子、原子以及亚原子粒子最终都将被撕裂开来而不复存在，最后宇宙将会由于这一幽灵处于一种难以理解的疯狂膨胀状态！
当然，除了标量场暗能量还有许多暗能量模型被提出。
例如通过动能项驱动宇宙加速膨胀的k质（K-essence）、质量为虚数速度始终超过光速的快子（tachyon）、既可以作为暗物质又可作为暗能量的恰普雷金气体（Chaplygin gas）、以及受到量子引力理论启发而提出的全息暗能量（holographic dark energy）等等。
通过以上讨论，我们可以了解暗能量在解释宇宙加速膨胀、大尺度结构演化等方面无疑是成功的，但其作为一种新的能量形式也受到了理论上的挑战。
目前仍然没有一种令人信服的物理理论可以完全的解释暗能量的起源和本质。
从另一方面来说，引起宇宙加速膨胀的并不一定是一种额外的物质或能量，也有可能是由于在星系或宇宙这样大尺度下，引力与我们目前基于太阳系或之下尺度测量的性质是不近相同的。
正是由于这种不同，使之有可能在大尺度上产生与广义相对论有所差异的结果，甚至是引起宇宙的加速膨胀。
基于这种可能性，对目前广义相对论的修改，即修改引力理论，原则上来说也是一种对宇宙加速膨胀的可能解释。
图6: 主要的修改引力各理论分类示意图。
丨图片Shankaranarayanan & Johnson, 2022, General Relativity and Gravitation, 54, 44
目前的修改引力理论主要是针对修改广义相对论来进行的，如通过引入额外的场与度规张量相耦合，此场可以是标量场、矢量场和张量场；或者假设一些基本的定律和认识可以被打破，如引入额外维度、破坏洛伦兹不变性、引入非局域性等；还可以假设引力子具有静质量，而非自旋为2的无静质量粒子等等。
当然，不同修改引力理论所产生的现象和效应都不尽相同，与暗能量理论的预言也是存在不同程度的差异的。
因此，更需要未来的地面及空间望远镜来精确测量不同现象和效应，来准确区分不同的理论模型，并高精度的检验广义相对论。
未来的下一代宇宙学巡天观测目前正在紧锣密鼓的开展进行中，包括空间的欧几里得望远镜（Euclid）、罗曼望远镜（RST）、我国的巡天空间望远镜（CSST）、以及地面的鲁宾天文台（LSST）等等。
暗能量是否存在？其本质是什么？相信依靠未来强大的观测能力和多种探测手段，一定能够揭开暗能量这一宇宙幽灵的神秘面纱。
参考文献
[1] Eisenstein, D. J. et al., 2005, ApJ, 633, 560-574
[2] Gong, Y. et al., 2019, ApJ, 883, 203
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[4] Perlmutter S. et al., 1999, ApJ, , 565
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[6] Planck Collaboration, 2020a, A&A 641, A6
[7] Planck Collaboration, 2020b, A&A 641, A8
[8] Riess, A. G. et al., 1998, ApJ, 116, 1009-1038
[9] Riess, A. G. et al., 2004, ApJ, 607, 665
作者简介
巩岩，中国科学院国家天文台研究员，宇宙学巡天研究团组负责人，中国巡天空间望远镜（CSST）国家天文台科学中心常务副主任。
主要从事暗能量和暗物质模型理论和观测限制、宇宙大尺度结构、宇宙红外背景、宇宙再电离时期等研究工作。
目前已在 Nature、Science、PRL等杂志作为第一作者或主要贡献者发表60余篇学术论文。
本文经授权转载自微信公众号中国科学院国家天文台。
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未解之谜：宇宙中最危险的星球？宇宙中最危险的星球有哪些
2、宇宙中十大最恐怖星球 钻石行星 一颗填满钻石行星可能听起来相当奢华，但是要知道科学家认为富碳恒星系统是极其不利于生命的存在，因为氧无法参与水分子的形成。
3、第二个最恐怖天体应该是黑洞， 黑洞是由八倍以上太阳大的恒星，其内部的核聚变完成后，才能产生巨大的引力，依靠巨大的引力，把它周围的小行星、彗星、星云，甚至行星恒星都收入囊中，来壮大自己。
4、下面就和大家一起聊聊在宇宙中有哪些不适宜人类移居的恐怖星球。
5、这次咱们说说宇宙中最恐怖的星球。
科学家发现一颗叫做TrES-2b的系外行星，它距离太阳系750光年，这颗星球拥有恐怖的根源，就是黑暗。
北落师门b，是颗僵尸行星。
为什么说金星是太阳系中最可怕的行星?1、金星最危险。
金星环境非常恶劣。
金星是八大行星中离太阳最近的行星。
它的表面温度非常高，是八大行星中最高的。
当天气最热的时候，温度会更快达到500度，这500度会持续很长时间，因为金星自转非常慢。
2、更令人气愤的是，金星是太阳系八大行星中唯一逆转的行星，也就是说，在金星上，太阳是从西边升起，从东方落下。
3、应该是金星。
金星是一颗类地行星，因为其质量与地球类似，体积是地球的88%，质量为地球的82%，有时也被人们叫做地球的姐妹星。
金星也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。
但金星的表面环境极其恶劣。
4、其次就是金星的自转和公转也是一大谜团，我们常说太阳从东方升起西方落下，这个规律在太阳系其它六大行星中都适用，可唯独金星是反的，在金星上太阳是从西方升起，东方降落。
5、木卫一：你会被熔融海和辐射蒸发掉。
木卫一是木星最大的卫星，也是整个太阳系中最活耀的火山群，整颗星球都被不断射出岩浆的熔融覆盖，最高可以喷至200里的高空。
木卫二：你会被盐水活活冻死。
6、金星：金星虽然离太阳稍远，但由于它有以CO2。
为主要成分的浓密大气层，温室效应使它的表面温度高达470℃，大气压力是地球的90倍。
宇宙中最吓人的星球1、木星：你会被压力压爆，外加被暴风电死。
宇宙中最恐怖的星球木星，如果你决定去木星旅游，你会立马被全太阳系最巨大的压力压到内爆，外加被大气层里的数百个风暴给电死。
海王星：你会到处飞的被碎冰打死。
2、最可怕的星球1 第一个、GLIESE-581c行星，这颗行星和地球高度相似，科学家们认为它的存在可能会让人类的文明面临挑战。
3、宇宙中十大最恐怖星球 钻石行星 一颗填满钻石行星可能听起来相当奢华，但是要知道科学家认为富碳恒星系统是极其不利于生命的存在，因为氧无法参与水分子的形成。
4、TrEs-2b 行星 科学家发现一颗叫做TrES-2b的系外行星，它被称为迄今观测到的最黑暗行星，其表面一片漆黑，几乎不反射任何光线，甚至比煤炭还要黑。
这颗行星的表面被恒星烘烤着，温度可达到980摄氏度。
宇宙中恐怖的星球是什么星球木星：你会被压力压爆，外加被暴风电死。
宇宙中最恐怖的星球木星，如果你决定去木星旅游，你会立马被全太阳系最巨大的压力压到内爆，外加被大气层里的数百个风暴给电死。
十大恐怖行星分别是：钻石行星、CoRoT-2a行星、僵尸行星、系外行星TrES-2b、地狱行星、Keplerb、55巨蟹座ê、HD209458b、Gpese 1214b、HD189733b。
钻石行星 钻石行星看上去表面散布钻石，实际上为岩石行星。
开普勒-78b 开普勒-78b是一个与地球极为相似的星球，在最早发现的时候，还有科学家觉得这极有可能是第二颗地球，可是再后来的观测中才发现开普勒-78b简直是宇宙中最恐怖的星球了。
黑洞，中子星或白矮星。
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种天体。
黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。
宇宙最恐怖的星球1 太阳：你会被一棵巨大火球燃烧殆尽。
虽然太阳是我们能够生活在地球的关键，但它也是太空中的一个巨型核爆，能够毁灭所有物种。
太阳温度达华氏1万度 约摄氏5537度，重量相当于33万个地球。
#p#分页标题#e#宇宙中最恐怖的星球 宇宙中最恐怖的星球外星人都敬三分就是金星，金星是太阳系中的一颗古怪的行星，虽然金星与地球有许多相似之处，但这两颗星球却走向了不同的演化方向。
在未知的宇宙中,有哪些非常恐怖的星球?1、十大恐怖行星分别是：钻石行星、CoRoT-2a行星、僵尸行星、系外行星TrES-2b、地狱行星、Keplerb、55巨蟹座ê、HD209458b、Gpese 1214b、HD189733b。
钻石行星 钻石行星看上去表面散布钻石，实际上为岩石行星。
2、宇宙中十大最恐怖星球 钻石行星 一颗填满钻石行星可能听起来相当奢华，但是要知道科学家认为富碳恒星系统是极其不利于生命的存在，因为氧无法参与水分子的形成。
3、宇宙中太阳、木卫木卫土卫木星等等，都是比较恐怖，可以释放巨大的能量。
详细内容 01 太阳：你会被一棵巨大火球燃烧殆尽。
太阳是我们能够生活在地球的关键，但它也是太空中的一个巨型核爆，能够毁灭所有物种。
4、宇宙中恐怖的星球是什么星球1 太阳：你会被一棵巨大火球燃烧殆尽。
虽然太阳是我们能够生活在地球的关键，但它也是太空中的一个巨型核爆，能够毁灭所有物种。
太阳温度达华氏1万度 约摄氏5537度，重量相当于33万个地球。
未解之谜：光速？单位？光速？单位光速是时间单位还是速度单位
单位就是速度单位，在国际单位制中为：米/秒 m/s 真空中光速通常用c表示。
光速的单位可以是速度的单位。
如每秒米、每秒千米等。
光年是距离单位。
是指光一年内达到的距离。
这个距离实在是太大。
c是光速，λ是波长，f是频率。
f=1/T，T是周期。
确切的说，是 波速=波长*频率，至于在不同的介质中，由于折射率n不同，波速v=c/n。
光速不是一个度量，而是一个定义。
它的计算值是（299792500100）米／秒。
米是国际单位制的基本单位，自1983年10月21日起，它被定义为光在1/299792458秒内传播的距离。
光速的单位是什么?光速的单位符号是什么?光速一般以m/s为单位，符号是c，但有时候以km/s，为单位。
单位就是速度单位，在国际单位制中为：米/秒 m/s 真空中光速通常用c表示。
光速为0.2c。
符号c是光速单位，光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度，是真空中的光速是一个物理常数，等于299，792，458m/s，（一般取300000km/s），乘以0.2则是速度0.2c。
光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。
真空中的光速是所发现的自然界物体运动的最大速度。
它与观测者相对于光源的运动速度无关，即相对于光源，光速始终保持不变。
λ.f就是 波长x频率 波长单位是米（m） 频率单位是 赫兹（Hz）Hz =1/s（秒的倒数） 所以c的单位是m/s λ=c/f 代表的是真空中传播时（空气中）光波的波长。
V是介质中的传播速度，可以是光速，也可以是声速。
您好。
光速每秒是30000000米。
是最快的速度。
光传播一年的距离就是光年，最长的长度单位。
光速是多少m/s1、光速是299792458m/s。
光速（Lightspeed），是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。
真空中的光速是所发现的自然界物体运动的最大速度，真空中的光速等于299792458米/秒。
2、光速是 c0=299792458m/s，或者c0=29979458km/s （一般取300000km/s）。
真空中的光速等于299，792，458米/秒（1，079，252，8488千米/小时）。
这个速度并不是一个测量值，而是一个定义。
3、光速 c=29979458千米/秒 km/s，光速是299792458米/秒，或者670，616，62384英里/小时，约为1英尺/纳秒。
光速计算值：c0=29979458km/s（一般取300000km/s）。
光速是什么单位啊,光年又是什么单位光年是指光在一年中传播的距离，1，光速时光的传播速度，光年是光一年的行程，就是一年跑的路程。
而每日相等于86400秒）在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方，一光子所行走的距离。
因为真空中的光速是每秒299，792，458米（准确值），所以一光年等于9，454，254，955，488，000米，或5，786，101，150，000英里。
光年指的是光在宇宙真空中沿直线经过一年时间的距离，是长度单位，单位是米，光速为299 7946千米/秒，一光年约等于94605亿千米，或63238天文单位。
