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科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),，一種被稱為“暗能量”的神秘能量約占宇宙總能量含量的68%,，但到目前為止我們還不太了解它。探索暗能量的本質(zhì)是NASA建造寬視場紅外探測望遠(yuǎn)鏡(WFIRST)的主要原因之一,，這是一個空間望遠(yuǎn)鏡,，其測量結(jié)果將有助于闡明暗能量之謎,。隨著對暗能量的更好理解，將對宇宙的過去和未來演化有更好的認(rèn)識,。直到20世紀(jì),，大多數(shù)人認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的，在整個永恒中基本上保持不變,。
當(dāng)愛因斯坦在1915年發(fā)表了他的廣義相對論,，描述了引力如何在時空結(jié)構(gòu)中運動時，他困惑地發(fā)現(xiàn),，這個理論表明宇宙必須要么膨脹,，要么收縮。為了保持一個靜態(tài)的宇宙,，他做了一些改變,，增加了一種他稱之為“宇宙常數(shù)”的東西，盡管沒有證據(jù)表明它確實存在,。這種神秘的力量被認(rèn)為能抵消引力,，使一切保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ欢?，?dāng)20世紀(jì)20年代即將結(jié)束時,，天文學(xué)家喬治·勒梅特(Georges Lemaitre)，然后是埃德溫·哈勃(Edwin Hubble),，做出了一個令人震驚的發(fā)現(xiàn)：除了極少數(shù)例外,，星系正在相互競跑。
宇宙遠(yuǎn)非靜止,，而是正在向外膨脹,。因此，如果我們想象倒退這種膨脹,，一定有一段時間宇宙中的一切都在幾乎不可能的熱在一起,，最終會達(dá)到一個起點，這個點就是奇點,，也是宇宙大爆炸的開始,。大爆炸理論描述了宇宙從最初的超熱、超稠密狀態(tài)的膨脹和演化,?？茖W(xué)家們推測，引力最終會減緩,，甚至可能完全逆轉(zhuǎn)這種膨脹,。如果宇宙中有足夠的物質(zhì)，引力就會克服膨脹，宇宙就會在熾熱的“大嘎吱聲”中崩潰,。否則,，膨脹永遠(yuǎn)不會結(jié)束，星系會越來越遠(yuǎn),，直到它們越過可觀察到的宇宙邊緣,。
我們遙遠(yuǎn)的后代可能不知道其他星系的存在，因為它們太遠(yuǎn)了,，看不見,。隨著宇宙逐漸褪色成冰冷的黑色，現(xiàn)代天文學(xué)的大部分可能有一天會淪為傳說,。天文學(xué)家已經(jīng)通過使用地面望遠(yuǎn)鏡來研究相對較近的超新星爆炸來測量膨脹速率,。這個謎團(tuán)在1998年升級，當(dāng)時哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對更遙遠(yuǎn)的超新星觀測幫助表明,，宇宙在過去實際上比現(xiàn)在膨脹得更慢,。正如很多人所認(rèn)為的那樣，宇宙的膨脹并沒有因為引力而減慢,，反而在加速,。
把時間快進(jìn)到今天,，雖然我們?nèi)匀徊恢赖降资鞘裁磳?dǎo)致了加速,，但它已經(jīng)被命名為暗能量。這種神秘的能量很長時間都沒有被發(fā)現(xiàn),，因為它太弱了,，以至于引力在人類、行星甚至銀河系的規(guī)模上壓倒了它,。當(dāng)你看書的時候,，它就在你的房間里，在你的身體里,，但是引力抵消了它,，所以你不會飛出你的座位。只有在星系間的尺度上,，暗能量才會變得引人注目,，就像是對引力的一種微弱斥力。 什么是暗能量,？暗能量到底是什么,？未知比已知的更多，但理論家們正在尋找?guī)追N可能的解釋,。宇宙加速可能是由一種新的能量成分引起,，這需要對愛因斯坦的引力理論進(jìn)行一些調(diào)整（宇宙常數(shù)）愛因斯坦稱之為他最大的錯誤。或者,，愛因斯坦的引力理論可能會在宇宙學(xué)尺度上崩潰,。如果是這樣的話，這個理論將需要被一個新的理論所取代,，它包含了我們已經(jīng)觀察到的宇宙加速度,。理論家們?nèi)匀徊恢勒_的解釋是什么，但WFIRST將幫助我們找到答案,。 WFIRST或?qū)l(fā)現(xiàn)暗能量之前的任務(wù)已經(jīng)收集了一些線索,，但到目前為止，還沒有產(chǎn)生強(qiáng)烈傾向于一種解釋而不是另一種解釋的結(jié)果,。WFIRST具有與哈勃相機(jī)相同的分辨率,，但視野是哈勃相機(jī)的100倍，它將生成前所未有的宇宙大照片,。這項新任務(wù)將通過繪制宇宙中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分布,，以及通過測量大量遙遠(yuǎn)的超新星，以其他望遠(yuǎn)鏡無法做到的方式,，推進(jìn)對暗能量之謎的探索,。這些結(jié)果將表明暗能量如何在宇宙中起作用，以及它是否以及如何在宇宙歷史上發(fā)生了變化,，這次任務(wù)將使用三種方法來尋找暗能量的解釋,。
高緯度光譜測量將使用“標(biāo)準(zhǔn)尺”技術(shù)測量數(shù)百萬星系的精確距離和位置。測量星系的分布如何隨距離變化,，將給我們一個了解暗能量隨時間演化的窗口,。這項研究將把星系的距離與宇宙大爆炸后的聲波回聲聯(lián)系起來，并將檢驗愛因斯坦關(guān)于宇宙年齡的引力理論,。高緯度成像調(diào)查將測量大量星系和星系團(tuán)的形狀和距離,。巨大物體的巨大引力扭曲了時空，導(dǎo)致更遙遠(yuǎn)的星系出現(xiàn)扭曲,。通過觀察扭曲的程度,，科學(xué)家可以推斷出整個宇宙的質(zhì)量分布。這包括我們可以直接看到的所有物質(zhì),，比如行星和恒星,，以及暗物質(zhì)：
另一個宇宙之謎，只有通過它對正常物質(zhì)的引力作用才能看到,。這項研究將提供對宇宙中大型結(jié)構(gòu)的增長以及暗能量如何影響宇宙的獨立測量,。WFIRST還將對一種類型的爆炸恒星進(jìn)行觀測，這是建立在導(dǎo)致加速膨脹發(fā)現(xiàn)的觀測基礎(chǔ)上,。Ia型超新星發(fā)生在白矮星爆炸時,。Ia型超新星通常在其峰值時具有相同的絕對亮度,，使它們成為所謂的“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”。這意味著天文學(xué)家可以通過觀察它們離地球多遠(yuǎn)來確定它們有多遠(yuǎn),，離地球越遠(yuǎn),，看起來就越暗。天文學(xué)家還將觀察來自超新星的特定波長的光,，以找出垂死的恒星離開我們的速度有多快,。
通過將距離與亮度測量相結(jié)合，科學(xué)家將看到暗能量是如何隨著時間的推移而進(jìn)化的,，提供了與兩個高緯度調(diào)查的交叉核對,。WFIRST任務(wù)在結(jié)合這三種方法方面是獨一無二的，它將能促使對暗能量影響非常有力和豐富的解釋,，并使我們能夠?qū)Π的芰康男再|(zhì)做出明確定義,。發(fā)現(xiàn)暗能量在過去是如何影響宇宙的膨脹，將會對未來宇宙膨脹產(chǎn)生怎樣的影響,。如果它繼續(xù)加速宇宙的膨脹,，抑郁癥可能注定要經(jīng)歷一場“大撕裂”，探索暗能量將使我們能夠研究,，甚至可能預(yù)見宇宙的命運,。
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