為什么暗能量會掌控宇宙？宇宙加速膨脹了多久？

宇宙是在活動的，它有它的生命。——〔法〕羅曼·羅蘭

每當說起宇宙，無不說起宇宙億萬年的當作長和演化過程，而我們會商的話題也從最小到最大，從地球到宇宙，從宇宙的發源到它最終的命運。宇宙如同生命一般，無時無刻不在轉變。并且我們此刻還知道宇宙正在加快膨脹，那么問題又來了：宇宙加快膨脹是啥時辰起頭的？我們是若何知道的？

下面我們來說說宇宙，以及它膨脹的汗青。

廣義相對論掌控下的宇宙

其實我們對宇宙領會的時候不是很長，因為不到100年前，我們才知道宇宙中龐大的螺旋星云并不是銀河系中形當作的原始恒星，而是整個恍惚的星云自己，是距離我們足足稀有百萬到數十億光年遠的自力星星島嶼。然而，就在我們的視野走出銀河系不久后，我們很稱心識到星系的位置和它離我們有多遠之間存在著一種令人驚奇的關系。

上圖就形象的描述了宇宙距離階梯這個概念：第一階梯經由過程視差法測量距離、第二階梯經由過程變星周光關系、第三階梯經由過程Ⅰa 型超新星爆發

在廣義相對論中關于宇宙有幾個切當的解（膨脹、靜止和縮短），但此中一個解剛好地描述了我們的宇宙：一個在最大標準上平均膨脹的宇宙。固然我們的宇宙在幾萬萬光年的標準上不是平均的，可是當我們考慮幾百億光年的標準時，這種不平均性的差別很是小，根基可以忽略不計，是以我們說宇宙是平均和各標的目的同性的。

這個解決方案我們也稱之為：弗里德曼－勒梅特－羅伯遜－沃爾克度規，簡稱FRW度規。本家兒要說的是宇宙大標準上平均各標的目的同性，以及膨脹率由空間曲率決議，固然那時沒有考慮暗能量，但這個解比其他任何方式都能更好地描述我們的宇宙。

FRW度規告訴我們，星系之間的空間，或者任何布局之間的空間，若是它們之間沒有引力聯系，將會發生膨脹。若是我們想知道空間是若何膨脹的，也就是以什么樣的速度膨脹，我們需要知道兩條信息：

在我們宇宙汗青的任何時刻，膨脹率是幾多

在我們的宇宙中物質和能量的類型和比例是什么。

若是我們能弄清晰這兩條信息，我們不僅能弄清晰我們宇宙的命運，還能弄清晰宇宙自豪爆炸以來的膨脹率是幾多，此刻是幾多，未來會是幾多？

宇宙的膨脹率和構成當作分的比例

第一個很簡單，我們有良多分歧的方式來解決這個問題。經由過程測量宇宙中各類物體的距離以及它們遠離我們的速度，我們可以算出今天的膨脹率。盡管在20宿世紀90年月之前的很長一段時候內，這個速度一向存在爭議，但我們最終確定，宇宙膨脹率大約在67 km/s/Mpc擺布（此中一個Mpc大約是3260,000光年），不確定度僅在2或3 km/s/Mpc擺布。

第二個宇宙當作分比例是我們從良多分歧類型的不雅測中獲得的，包羅從遙遠的天體，如超新星，宇宙微波布景，大標準布局，出格是重子聲波振蕩。

圖中CBM：微波布景，BAO：重子聲振蕩，SNe:超新星數據

我們得出的結論是，我們的宇宙大致由以下能量構成：

以光子為形式的輻射大約占了總質能的0.01%

以正常（質子-中子-電子）物質的形式大約占了總質能的4.9%，

包羅中微子在內的所有形式的暗物質加在一路約占總質能的27%，中微子自己約占總量的0.1%，其余的是未知當作分，

剩下的68%擺布以暗能量的形式存在，并且據我們不雅察，暗能量與宇宙常數幾乎沒有區別。

據我們今朝所知，這就是宇宙的構成。這里又有一個問題，為什么說暗能量與宇宙常數一樣？這仍是個比力大的話題，大師可以在搜刮欄中搜刮下有關于宇宙常數的問題。

當我們說宇宙加快膨脹的時辰，并不料味著當前的膨脹速度（67公里/秒/Mpc）正在增加。而是說離我們肆意遠的星系，每過1個Mpc星系遠離我們的速度就會增添67公里/秒，若是是10 Mpc，對應的膨脹速度是670千米/秒。

10 Mpc這是一個特心猿意馬距離的星系遠離我們的速度。跟著宇宙繼續膨脹，密度會越來越小，是以能量密度也鄙人降。因為膨脹速度依靠于能量密度，所以膨脹率也會持續下降。可是因為宇宙在這段時候里一向在膨脹，所以我們所不雅測的星系仍是會離我們越來越遠。

想想這意味著什么：將來的膨脹率會更小，但單個物體味離我們更遠。若是我們想算出一個物體在時候上遠離我們的表不雅速度，我們需要把膨脹率和物體的距離增添的速度相乘，所以問題是什么哪個轉變得更快：膨脹率下降的百分比？仍是物體離我們的距離增添的百分比？

宇宙膨脹過程中各類能量密度的轉變

這取決于宇宙總能量密度中物質和輻射的占比是幾多，物質和輻射的能量密度城市隨宇宙的膨脹而稀釋，但宇宙常數的占比分歧，不會轉變！讓我們來看看物質、輻射和暗能量（宇宙常數）是若何隨時候轉變的。

此刻，我們的宇宙由暗能量本家兒導，所以膨脹率下降的速度比距離增添的速度要慢：當膨脹率再下降10%的時辰，星系離我們的距離大約會增添兩倍，這意味著物體在加快。可是在曩昔，宇宙的暗能量要少得多（按百分比計較），而物質要多得多。若是我們追溯到足夠早期的宇宙，輻射密度會跨越了暗能量和物質！在物質和輻射的本家兒宰的宇宙中，膨脹率下降得更快，宇宙處在減速期間。在宇宙138億年的汗青中，暗能量掌控宇宙的時候并不太長，一向遠離我們的星系才起頭加快！

總結：宇宙加快膨脹起頭在暗能量掌控宇宙的期間

從數學上講，宇宙從最初幾十億年的減速，到比來幾十億年的加快，這一改變發生在暗能量密度達到總能量密度一半的時辰。此刻，暗能量是物質密度的兩倍多，在暗能量掌控宇宙的時辰，那時宇宙的巨細是此刻的62%。宇宙學家只要用一點數學再加上天體物理學的一點幫忙，就能計較出宇宙在被暗能量掌控時的春秋，那時宇宙大約有78億年的汗青，或者說大約60億年以前，也就是太陽系形當作之前的15億年。

若是我們將整個宇宙的汗青濃縮當作一個年，那么宇宙將在7月27日起頭加快。