【陈学雷丨聆听宇宙“天籁”，探寻暗物质之谜】版权归原作者所有，如有侵权，请联系科普中国
“天籁”是一种宇宙的韵律，
我们想要探测宇宙大爆炸产生的声音，
然后用它去理解暗能量到底是一种什么东西。

陈学雷 · 中国科学院国家天文台研究员 宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
宇宙是怎样开始的呢？有的朋友说，宇宙开始于一个大爆炸。
这是上个世纪一些科学家提出来的一种大胆猜想，后来这种理论被观测证实了。
宇宙的未来是怎样的？
既然宇宙开始于大爆炸，那么它有没有结束？未来是什么样子呢？
其实提出宇宙大爆炸理论的这些科学家也做了一些预言，他们假定宇宙中充满了各种物质，然后使用爱因斯坦的广义相对论去预测宇宙的命运。

大家可以看到左面展示的是大爆炸的过程，而右面的这幅图上展示的是对未来的预测。
宇宙经过大爆炸以后，它就处在膨胀中，由于物质万有引力的作用，它会使膨胀慢慢变慢，变慢以后会怎么样呢？
这就取决于这里面物质的多少，和一开始膨胀的速度之间的关系。
如果这个膨胀的速度一开始不是那么大，而物质很多，那么造成的结果就是它膨胀到一定程度以后，膨胀就会慢慢地减速，最后减到一定程度，很可能就停止了膨胀。然后又开始收缩，收缩到一定程度以后，最后就进入了一个“大塌缩”的状态。
大塌缩之后宇宙会变成什么样子?目前并不知道，因为到那个时候，所有的能量和密度都太高了，现在的理论都无法描述。
如果宇宙一开始的时候膨胀速度比较快，而这个物质并没有那么多，它也会使宇宙的膨胀减速，但是减速可能不足以使它停下来，这样的话宇宙就会一直的膨胀下去。
也就是这幅图里右边的两种图景——它一直膨胀，但是减慢的速度可能没有那么明显。
这就是过去，大家对宇宙的未来的认识，那是不是这样子呢？到底这几种情况哪一种是对的呢？
加速膨胀的宇宙
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在上个世纪的八十年代，有一些科学家想要解决这个问题，但是都面临一个很大的困难，就是我们怎么才能判断到底是哪一种情况呢？
这个办法就是测量不同时刻宇宙膨胀的速度。

左边这幅图上展示的是日常生活当中很常见的测量速度的方法。
宇宙学当中的这个情况略有不同，但道理是一样的，就是测量宇宙中的不同时刻，它膨胀到底有多快，然后看看它的速度是怎么变化的。
当然宇宙学当中一个很大的问题在于，我们并不知道怎么样测量这个距离。
自古以来，想要了解天体的距离就是非常困难的。
比如说，我们国家有一个著名的寓言，据说孔子遇到了两个小孩在辩论：太阳到底是在早晨的时候离我们近一些，还是在中午的时候离我们近一些？
两个小孩都提出了一些很好的论据，孔子就没有办法决定了，这就是所谓“两小儿辩日”的故事。
实际上想要测量像太阳这样一个离我们比较近的天体的距离，并不是那么容易，要测量更远处的天体，当然就更难一些。但是科学家还是提出了一些方法。一种办法就是通过所谓“标准烛光”来测量距离。
什么叫标准烛光呢？
在19世纪的时候，人们为了研究光学，发明了一种比较标准的蜡烛，这些蜡烛点出来以后，光的亮度都是一样的。
把它放在不同的距离上，可以看到，越远的蜡烛看上去越暗一些，这就是标准烛光的作用。
就是我们知道它的绝对发光亮度，又可以测出它看上去有多亮，根据这两者之间进行比较，就可以知道天体到底有多远了。
问题在于我们有没有这样的蜡烛呢？
科学家们找到了一种这样的“蜡烛”，这个“蜡烛“就是Ia型的超新星。
什么是超新星呢？
天空中的星星，有一些暗，有一些亮，亮的大多是离太阳系比较近的一些恒星。有时这些恒星会突然发生爆炸——爆炸往往是因为到了它的寿命尾期，或者由于它的核心塌缩，或者是由于吸积了别的物质。
在宋朝的1054年，大家突然发现白天里出现了一颗星，非常非常亮，在白天都可以清楚地看到。
这颗星就是著名的1054年超新星，它遗留下来的爆炸痕迹今天还可以在天空中看到，就是所谓的蟹状星云。
这颗超新星的爆炸亮度最大的时候，可以达到太阳亮度的100亿倍。

上图的右边，就可以看到，一个星系中一颗超新星爆发以后，它非常非常亮。
虽然它这么亮，但是要在宇宙的距离上看到它，还是很困难的。我们需要在非常远的地方找到这样的超新星。
天文学家在漫天星斗中寻找这种超新星，可能就是有一个地方稍微亮了一点儿，亮的那一点儿实际上就是个超新星。
超新星有不同的种类。其中有一种超新星叫做Ia型的超新星，它的亮度经过一些修正后，可以作为一种标准烛光，并且可以拿它来确定距离。

在20年前，当时国际上有两个相互竞争的科学家团队，这两个团队有一个惊人的发现。
他们当时本来是想要测量宇宙到底是持续地膨胀下去，还是到一定程度以后会减速最后转成收缩，结果他们发现这两种情况都不对。
他们发现的是什么结果呢？
宇宙膨胀是在加速，越胀越快。
这项结果轰动了全球，其中贡献最大的几位科学家也获得了诺贝尔物理学奖。
神奇的暗能量
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这就给我们提出了一个问题，就是为什么宇宙膨胀越来越快？原来这些大爆炸的提出者的预言错了吗？
科学家们进一步提出了各种理论，最终得到了一个结论，就是宇宙当中可能含有大量的暗能量。
现在组成宇宙的普通物质只占我们这个宇宙的5%左右，剩下的95%以上的，很可能都是一些我们不知道的物质，其中有百分之二十多是所谓的暗物质。
虽然暗物质不发光，我们看不到它，但是根据它的引力可以推测，它在星系或者星系团中大量存在，占这个宇宙的百分之二十多。
它的性质还算不难理解，它毕竟是产生万有引力的。
而这个暗能量，它的性质就非常奇异。它的效应是使得宇宙的膨胀加速，也就是说相当于某种万有斥力一样，这是一种很神奇的东西。
正因为它这种神奇，我们给它起了个名字叫做“暗能量”，但是它到底是什么？我们其实并不知道。
有了暗能量以后，宇宙的命运就会发生很大的变化。就是它不但在膨胀，而且膨胀得越来越快。
来源: 格致论道讲坛

#尤长靖[超话]##21天推歌挑战#
今天第一天就用《一颗星的夜》来开场吧。
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#周深iQOO酷玩大师#如果声音有色彩，周深就是五彩斑斓的纯白。内里干干净净，晶莹剔透，像午夜梦里下过的白雪，想用双手去触摸。但当他唱起歌来，就是那雪晨光的照耀下闪烁，让人只顾着痴迷凝望。
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周深，在未来，每一颗星的星光都会为你而照耀，整个宇宙都将为你闪烁。