空无一物的真空也许才是宇宙膨胀的元凶？

充满暗能量的真空也许导致了宇宙的膨胀

图为宇宙网的一个艺术呈现效果。它的结构形似一个巨大的蛛网，有大量的紫色丝状物和一些橙色丝状物点缀在黑色背景上。（图源：Volker Springel 等人，来自马克斯·普朗克天体物理研究所）

新的研究表明：几乎完全真空的巨大空间组成了绝大部分的宇宙，它也许导致了宇宙的膨胀加速。这意味着这些巨量真空空间也许可以解释暗能量这种撕裂宇宙的神秘力量的存在。

欢迎来到真空世界

如果将太阳系和银河系所有的物质移走，将会发现一个有意思的现象：宇宙网，自然存在的最大结构，在这个尺度上，连一整个星系都只是一个光结构点，天文学家将观测到的长长的、细细的绳称之为丝状结构，更密集的之为簇状结构，充斥在它们之间空间则几乎全是虚空。这些空间就是巨大的宇宙真空，其中最小的虚空空间也有2千万光年之长，最大的空间更是超过1.6亿光年。

真空像蛛网中的间隙一样占据了宇宙的绝大部分体积，尽管它几乎空无一物。事实上，除了已经延伸至可观测宇宙尽头的宇宙网，宇宙真空也是宇宙中最大的东西。

虚空的能量

天文学家在20世纪70年代末首次探测到宇宙真空，但那时起，这个结果一直未被重视。相反，当时的天文学家和宇宙学家主要聚焦于对宇宙可见部分物质结构的探索，例如星系和星团。通过这些研究，天文学家在20世纪90年代发现了一个惊喜：暗能量。

暗能量这个名称源于可观测宇宙的加速膨胀。这意味着宇宙不但每天都在膨胀，而且膨胀的速度越来越快。

这个时期的天文学家对宇宙加速膨胀的原因还没有任何头绪，只知道它是从大约50亿年前开始的。因此提出了“暗能量”这个术语-一个拥有酷酷名称的巨大宇宙学难题。

真空与暗能量有什么关系呢？首先，在恒星系统或星系内部是感觉不到加速膨胀的影响的，因为物质间的引力作用远强于它。例如，不管是我们的太阳系还是银河系都没有因为暗能量而变得越来越大，但因为物质间的空间几乎完全是真空的，因此更易受到这种膨胀的影响。所以非常有必要在膨胀影响最强的地方进行这种加速膨胀性质的研究。

伊朗的理论物理学家团队发表的一篇新的研究论文中对这个思路做了进一步发散。在这篇于7月份预发表在数据库arXiv，并最终出版在《皇家天文学月报：快报》的论文中，作者认为不是在真空中发现了暗能量，而是真空导致了暗能量的产生。

在黑暗中

这些巨大的真空区域是如何导致宇宙加速膨胀的呢？根据作者观点，答案是不仅因为宇宙真空存在还因为真空产生了动力。

宇宙真空不止存在，它也像宇宙中其他的大型结构一样，从较低的起点慢慢成长为了现在巨大的结构。数十亿年前，宇宙中所有的物质都呈现均匀分布，不同地方间的密度相差不大，随时间的流逝，那些更多物质存在的区域相较物质均匀分布的区域开始吸引到更多的物质。随着聚集的物质越来越多，这些区域产生了更强的引力，增速变得更快。经过数十亿年，物质就聚集形成了星系、星群和星团。

随着这类结构物质的产生，真空区域也逐渐变大。不过与其把它看做一个被动的过程，我们可以通过测量它施加在周围物质上的压力来衡量真空的增长。例如，随真空区域变大，星系边界将会逐渐变薄直至消失，所有真空将合并在一起。在接下来几十亿年中，真空将溶解宇宙网，迫使所有的物质被数百个百万光年长的真空分离成簇状。

这种压力就像宇宙中其他的物质和能量一样可以扭曲真空的空间和时间，空间和时间的扭曲意味着真空膨胀将会推动星系的边界造成他们的分离。

作者发现宇宙中所有大范围真空一起溶解宇宙网导致了宇宙的加速膨胀，这种真空驱动力量的加速膨胀刚好与当前的暗能量假说相匹配。

天文学家还需要进一步研究去证明这一观点。一方面，我们需要更多的真空测量方法去更好的计算真空产生的总压，另一方面，我们需要了解更多关于暗能量的信息，特别是过去几十亿年来他们的能量是否发生了改变。另外，还有个有趣的观点：也许暗能量并不是由宇宙中一些外力或过程产生的而仅仅只是一个宇宙真空正常演化的副产物。

本文首次出版在《生命科学》杂志。

BY:Paul Sutter

FY: 杂七八糟嘿

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来源: 天文在线