暗能量保持在临界值 为什么提出暗能量 也要强行让能量守恒?

2019-08-02 - 暗能量

首先,能量守恒定律是有其适用范围的。FLRW度规所描述的宇宙的总能量是否守恒取决于宇宙中的成分。具体见我的另一个回答:

其次,能量守恒定律跟宇宙加速膨胀的解释并没有什么直接关系。

暗能量的提出主要跟两点有关。第一点是已观测到的宇宙空间的加速膨胀,第二点是物质密度与临界密度之间的差额。

暗能量保持在临界值 为什么提出暗能量 也要强行让能量守恒?
暗能量保持在临界值 为什么提出暗能量 也要强行让能量守恒?

宇宙空间的膨胀是由FLRW度规中的尺度因子 描述的。在平直的空间中(即 ),当状态方程 中 时,我们有 。物质对应着 ,即 ;辐射对应着 ,即 。显然的,如果宇宙中只有物质和辐射,那么宇宙应该是减速膨胀,这就与观测结果不吻合了。我们需要物质和辐射以外的成分来解释宇宙的加速膨胀,其中一个候选者就是宇宙学常数版本的暗能量,它所对应的是 和 ,描述了宇宙的指数膨胀。

暗能量保持在临界值 为什么提出暗能量 也要强行让能量守恒?
暗能量保持在临界值 为什么提出暗能量 也要强行让能量守恒?

我们的宇宙是几乎平直的,因此能量密度应该非常接近(甚至等于)临界密度。但相关观测结果表明物质密度只占临界密度的 左右。这也说明还有很大一部分能量不是以物质的形式存在的。

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