宇宙膨脹小觀

宇宙膨脹

模擬時空扭曲

除此之外，廣義相對論也說明了描述宇宙時空的方程式，被稱為「愛因斯坦場方程式」。這個方程式剛推導出來時，暗示著宇宙是動態的，但是，愛因斯坦認為宇宙是靜態宇宙的支持者，認為宇宙不會膨脹、收縮，因此加入了一個「宇宙常數」。
Rμν＝ 8πGTμν +1/2 Rgμν + Λgμν [式1][式1] 左邊三項暗示宇宙是動態的，因此愛因斯坦加入宇宙常數使宇宙靜
到了1929年，哈伯（Edwin Hubble）發現了大部分恆星的紅移現象，這代表了恆星正離我們遠去；如果宇宙沒有在膨脹，那所有恆星相對我們的速度應該會是零，但是大部分恆星都遠離我們，所以哈伯推測，宇宙正在膨脹。

根據都卜勒效應，當物體加速遠離觀察者時，觀察者觀察到的波長較原本發出的波長更長，稱為紅移（可見光中紅光波長較長），反之稱為藍移（藍光波長較短）

之後，科學家開始思考，宇宙的膨脹應該不是毫無止盡的。宇宙中有各種天體，乃至星系，它們之間會感受到時空扭曲產生的「重力」，而減緩宇宙的膨脹。但是1995年，Goldhaber觀測1a超新星（距離指標），發現它也有紅移現象。數據告訴我們，宇宙不但在膨脹，而且還在加速膨脹。

為什麼會加速膨脹呢？

天文學家為了解決這個問題，提出了「暗能量」這個大家都耳熟能詳的詞彙，用「暗」表示其實他們也看不透這個物質的本質，不知道它究竟是什麼；根據觀測結果，他們推測暗能量遍布在宇宙中，提供了額外的斥力，離間宇宙中的天體，也加速了宇宙的膨脹。

暗能量向外拉伸宇宙，重力向內抓住宇宙

而我們回頭看看20世紀初的「愛因斯坦場方程式」，宇宙常數其實隱含著暗能量的初步概念了；只是愛因斯坦當初構想的宇宙常數，是提供額外的力阻止宇宙膨脹，但現代科學家認為的宇宙常數，則是提供額外的力加速宇宙膨脹。

大霹靂之後，暗能量還沒出現，宇宙膨脹速度緩慢，暗能量變多之後才加速膨脹。右邊的圖表縱軸是宇宙相對大小，橫軸是宇宙的年齡，可以發現有暗能量存在的情況下(橘藍綠線)，膨脹速度都比沒有暗能量存在的情況下來得快

然而，近代物理學家則用「真空能量」（vacuum energy）來解釋宇宙加速膨脹的現象以及宇宙常數的意義。真空能量是什麼呢？假設物質都是成對在宇宙中出現，並且是一個帶正電、一個帶負電，兩者會在極短的時間內碰撞，碰撞釋放出的能量會以漣漪的形式向周圍傳遞，形成類似斥力的效果，使得宇宙加速膨脹。

1.真空 2.一組粒子誕生(一正一負) 3.兩粒子碰撞 4.碰撞產生的能量向外傳播

真空能量的說法也和宇宙的演化吻合：宇宙初生成時，物質之間距離很近，因此重力主導局勢，物質傾向靠再一起，宇宙膨脹速度就比較緩慢；到了現在，距離大霹靂1.37億年之後，物質之間距離很遠，隔著大片真空，因此由真空能量加速宇宙膨脹，而宇宙膨脹的越大，真空能量就越多（因為真空能量來自真空），宇宙就膨脹的越快。最後，不論是暗能量，還是真空能量學說，都有各自的問題。目前造成宇宙加速膨脹的物質，仍然是個謎，或許它也不是物質，誰知道呢？

原始資料：
https://www.space.com/42178-bringing-dark-energy-into-the-light.html

參考資料：
http://hetdex.org/dark_energy/what_is_it/vacuum_energy.html
http://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/gerson-goldhaber-supernova.html
http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/90/167/10.htm
http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=newscan&id=472

圖片來源：[0]https://www.space.com/42178-bringing-dark-energy-into-the-light.html[1]https://larvalsubjects.wordpress.com/2018/07/21/of-fire-assembly-and-gravity/[2]https://shaunamanfredine.blogspot.com/2017_04_09_archive.html[3]https://www.sciencephoto.com/media/686184/view/doppler-redshift-astronomy-illustration[4]https://www.nytimes.com/2008/06/03/science/03dark.html[5]http://www.preposterousuniverse.com/blog/2005/01/26/proselytizing-for-dark-energy/[6]http://hetdex.org/dark_energy/what_is_it/vacuum_energy.html photo credit by Tim Jones