暗能量
什么叫暗能量?它是一種不可見的、能推動宇宙運(yùn)動的能量,宇宙中所有的恒星和行星的運(yùn)動皆是由暗能量來推動的.之所以暗能量具有如此大的力量,是因為它在宇宙的結(jié)構(gòu)中約占73%,占絕對統(tǒng)治地位.暗能量是近年宇宙學(xué)研究的一個里程碑性的重大成果.支持暗能量的主要證據(jù)有兩個.一是對遙遠(yuǎn)的超新星所進(jìn)行的大量觀測表明,宇宙在加速膨脹.按照愛因斯坦引力場方程,加速膨脹的現(xiàn)象推論出宇宙中存在著壓強(qiáng)為負(fù)的"暗能量".另一個證據(jù)來自于近年對微波背景輻射的研究精確地測量出宇宙中物質(zhì)的總密度.我們知道所有的普通物質(zhì)與暗物質(zhì)加起來大約只占其1/3左右,所以仍有約2/3的短缺.這一短缺的物質(zhì)稱為暗能量,其基本特征是具有負(fù)壓,在宇宙空間中幾乎均勻分布或完全不結(jié)團(tuán).最近WMAP數(shù)據(jù)顯示,暗能量在宇宙中占總物質(zhì)的73％.值得注意的是,對于通常的能量（輻射）、重子和冷暗物質(zhì),壓強(qiáng)都是非負(fù)的,所以必定存在著一種未知的負(fù)壓物質(zhì)主導(dǎo)今天的宇宙.
宇宙的運(yùn)動都是旋渦型的,所以暗能量總是以一種旋渦運(yùn)動的形式出現(xiàn).所以,在暗能量的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)能形成一種旋渦場,我們稱之為暗能量旋渦場,簡稱為旋渦場.我們用En來表示太陽系的暗能量,用Ep來表示物質(zhì)繞太陽系中心運(yùn)動的總動能.當(dāng)En=Ep時,太陽系旋渦場處于平衡狀態(tài),它既不會膨脹也不會收縮.但當(dāng)En衰退時,太陽系旋渦場就會收縮,太陽系中所有的行星就會向太陽靠近.

要提及暗能量,我們不得不先提及另外一個和它密切相關(guān)的概念——暗物質(zhì),之所以將其稱之為暗物質(zhì)而不是物質(zhì)就是因為它與一般的普通物質(zhì)有著根本性的區(qū)別.普通物質(zhì)就是那些在一般情況下能用眼睛或借助工具看的見、摸得著的東西,小到原子、大到宇宙星體,近到身邊的各種物體遠(yuǎn)到宇宙深處的各種星系.普通物質(zhì)總是能與光或者部分波發(fā)生相互作用或者在一定的條件下自身就能發(fā)光、或者折射光線,從而被人們可以感知、看見、摸到或者借助儀器可以測量得到,但是暗物質(zhì)恰恰相反,它根本不與光發(fā)生作用更不會發(fā)光,因為不發(fā)光又與光不發(fā)生任何作用,所以不會反射、折散或散射光即對各種波和光它們都是百分之百的透明體!所以在天文上用光的手段絕對看不到暗物質(zhì),不管是電磁波、無線電還是紅外射線、伽馬射線、X射線這些統(tǒng)統(tǒng)都毫無用處,故爾不被人們的感知所感覺也不被目前的儀器所觀測,故此為了區(qū)分普通物質(zhì)和這種特殊的物質(zhì)而將這種特殊的物質(zhì)稱之為“暗物質(zhì)”.

“暗能量”相比較暗物質(zhì)更是奇特的有過之而不及,因為它只有物質(zhì)的作用效應(yīng)而不具備物質(zhì)的基本特征,所以都稱不上物質(zhì)故爾將其稱之為“暗能量”,“暗能量”雖然也不被人們所感覺也不被目前各種儀器所觀測,但是人們憑借理性思維可以預(yù)測并感知到它的確存在.

特別是近幾年來,由于微波背景輻射的細(xì)致觀測(WMAP的精密數(shù)據(jù),Supernovae Ia的數(shù)據(jù)),呈現(xiàn)以下一些驚人的觀測結(jié)果和數(shù)據(jù)：

a) 宇宙年齡是137±2億年
b) 哈勃常數(shù)是0.71±公里/秒/Mp c
c) 宇宙呈現(xiàn)以下結(jié)構(gòu),宇宙總質(zhì)量(100%)≌重子+輕子(4.4%)+熱暗物質(zhì)(≤2%)+冷暗物質(zhì)(≈20%)+暗能量(73%),而總密度Ω0=1.02±0.02,亦即恰好差不多等同于平直空間所要求的臨界密度.（這個公式的意思是,在整個宇宙中我們目前所看到的星系只占整個宇宙的約 4%左右,其余約96%的物質(zhì)都是我們看不見、不了解的東西.）
d) “暗能量”將呈現(xiàn)一些前所未有的一些全新的性質(zhì)：

物質(zhì)的狀態(tài)方程由P=Wρn所表示,(其中P是壓力,ρ是密度,W是某一常數(shù),n是某一數(shù)值),普通物質(zhì)W≥0,P≥0,ρ≥0,這就意味著物質(zhì)所產(chǎn)生的壓力表現(xiàn)為正數(shù)、正值.

而暗能量的狀態(tài)方程中的卻是,W = -1.這則意味著“暗能量”的壓力是負(fù)數(shù)、負(fù)值,壓力是正值時就是我們所長說的“壓力概念”,這很好理解,物質(zhì)的密度越大壓力則越大,而負(fù)值的壓力就不是通常所說的壓力了,而是人們常說的“吸力”更為關(guān)鍵的是這種負(fù)壓力P卻“負(fù)”得很大,大的讓人不敢想象?!

這究竟是什么樣的物質(zhì)為什么會呈現(xiàn)這樣的特質(zhì)?這會不會是一種人類尚沒有發(fā)現(xiàn)、更不曾知道的、全新的物質(zhì)形態(tài)?有人寓言,這種新的物質(zhì)形態(tài)的一經(jīng)出現(xiàn)和被發(fā)現(xiàn)必將導(dǎo)致物理學(xué)理論的新的大突破和新的革命!

關(guān)于暗能量概念的起源,我們還得追溯到科學(xué)巨匠愛因斯坦他在1915年的相對論中提出一組引力方程式,方程式的結(jié)果都預(yù)示著宇宙是在做永恒的運(yùn)動,這個結(jié)果與愛因斯坦的宇宙是靜止的觀點相違背,為了使這個結(jié)果能預(yù)示宇宙是呈靜止?fàn)顟B(tài)愛因斯坦又給方程式引入了一個項,這個項就是現(xiàn)在人們稱之為的 “宇宙常數(shù)”.

1997年12月,作為“大紅移超新星搜索小組”的成員的哈佛大學(xué)天文學(xué)家羅伯特·基爾希納根據(jù)超新星的變化顯示,宇宙膨脹速度非但沒有在自身重力下變慢反而在一種看不見的、無人能解釋的、神秘力量的控制、推動下變快,問題是無人知道這個神秘力量是什么?更無人知道為什么是變快而不是變慢?這是出于什么原因?它是如何發(fā)生的?關(guān)于這種力量及其載體至今無人能知曉,人們只是猜測：我們現(xiàn)在所處的這個宇宙可能處于一種目前人類還不了解、還未認(rèn)識到的繼目前物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、“場態(tài)”之后另一種物質(zhì)狀態(tài)的物質(zhì)控制、作用之下,這種物質(zhì)不同于普通物質(zhì)的一切屬性及其存在和作用機(jī)制,這種“物質(zhì)”因其絕對不同于人們所熟知的普通物質(zhì)態(tài),故爾科學(xué)家為了區(qū)分它們暫且將它稱之為“暗物質(zhì)”、將其具備的作用稱之為“暗能量”,“暗物質(zhì)”、“暗物質(zhì)”就成為當(dāng)今天文學(xué)界、宇宙學(xué)界和物理學(xué)界等等科學(xué)界中最大的謎團(tuán)之一.

后來人們經(jīng)過哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn),事實上宇宙是在不斷膨脹著的并且這一觀測結(jié)果完全與引入“宇宙常數(shù)”之前的引力方程的計算結(jié)果相符合,愛因斯坦得知“實際上的宇宙是在膨脹著的”這個消息后非常后悔,因此他認(rèn)為：“引入宇宙常數(shù)是我這一生所犯的最大錯誤!”此后那個“宇宙常數(shù)”便被人們所遺忘,后來的一次天文探測表示那個宇宙常數(shù)不但不等于零而且趨向無窮大,這就預(yù)示著宇宙中存在著某種“巨大的東西”,此后這個“宇宙常數(shù)”被賦予“暗能量” 的含義.近年來的科學(xué)家們一再通過各種的觀測和計算證實,暗能量在宇宙中的確約占到73％暗物質(zhì)約占到23％普通物質(zhì)僅占到4％,這可是一個驚人的數(shù)字和消息,這將預(yù)示著我們現(xiàn)在看到的宇宙、認(rèn)識到的宇宙只占整個宇宙的4%的比例,而占96%(57年諾貝爾獎得主李政道先生甚至還認(rèn)為是99%以上)的東西竟然是不為我們所知道的.關(guān)于暗物質(zhì)和暗能量的客觀存在性57年諾貝爾獎得主李政道先生在他所著的《物理學(xué)的挑戰(zhàn)》中已經(jīng)詳細(xì)而全面的論證了在這里限于篇幅,我不在作論述.

在新世紀(jì)之初美國國家研究委員會發(fā)布一份題為《建立夸克與宇宙的聯(lián)系：新世紀(jì)11大科學(xué)問題》的研究報告,科學(xué)家們在報告中認(rèn)為,暗物質(zhì)和暗能量應(yīng)該是未來幾十年天文學(xué)研究的重中之重,“暗物質(zhì)”的本質(zhì)問題和“暗能量”的性質(zhì)問題在報告所列出的11個大問題中分列為第一、第二位.

美國航天局在軌道中運(yùn)行的威爾金森微波儀探測衛(wèi)星收集到的材料也證明超新星在發(fā)生同樣的變化.這些變化的含義的確令科學(xué)家忐忑不安,因為這將預(yù)示著愛因斯坦、霍金等理論家可能都錯了,影響并決定整個宇宙的力量不是引力和重力等已知作用力,而是以“宇宙常量”形式存在的“暗能量”和“暗物質(zhì)”.

所以有人認(rèn)為,暗能量在宇宙中更像是一種背景和一種“超導(dǎo)體”,它就像是空氣相對于人類或者是大海相對于魚兒一樣,故爾在宇宙物理學(xué)上它的確表現(xiàn)得更像一個真空,因此也有人把“暗能量”稱之為“真空能”.真空是不是就是“暗能量”?“暗能量”是不是就是“真空能”呢?如果真空真是“暗能量”那么就應(yīng)該具備一切能量的基本屬性和基本特征——力量.可見真空是否具備力的特征和力的屬性也就成為“暗能量”成為真空的前提條件.

綜上所述我們可以看出,所有矛盾的焦點都集中在真空是否具備力的屬性這個問題上,如果真空一旦被證明具備力的屬性,那么“真空力”就成為獨(dú)立于萬有引力、電磁力、強(qiáng)力和弱力之后在自然界中普遍存在著的第五種自然作用力即“第五種力”；那么真空就是物理學(xué)史上已經(jīng)被拋棄的“以太”；而“以太”其實就是真空的某一種效應(yīng)；那么真空也就是那個占整個宇宙96%以上的份額并控制著整個宇宙的神秘能量——“暗能量”,這一切的一切就因為真空有力而變?yōu)楝F(xiàn)實、變?yōu)榭芍摹⒖?縱的東西.故爾真空是否具備力的屬性也就成為本文的核心中的焦點,那么真空是否真實或者真正具備力的屬性呢?如果具有那么又該如何讓它表現(xiàn)、顯露出來呢?

眾所周知,物理學(xué)其本身就是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),從伽利略的比薩斜塔實驗到邁克耳遜——莫雷實驗,再到目前高科技下的各種高能物理粒子實驗無不說明實驗方法在物理學(xué)中占據(jù)著非常重要的地位并發(fā)揮著重要的作用.每一個新理論的背后都必須有著堅實的實驗作為后盾,每一個新實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)也必將引發(fā)一套全新的理論體系,所以實驗是尋找并證實真空力的屬性的主要方法和途徑.