阿西莫夫档案

建档编号：010

分类编号：TUP-003

标题：暗物质与暗能量

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正文：

暗物质与暗能量

阿西莫夫

摘要:简单阐述了暗物质与暗能量的关系,并基于现有的理论提出暗能量约束模型。

关键词：暗物质；暗能量；引力场束缚；真空零点能

Abstract:We briefly illustrate the relationship between dark matter and dark energy and propose a dark energy constraint model based on existing theories.

Key words:Reactor：Dark matter; dark energy; the gravitational field is bound

1引言

在相当长的一段时间里，暗能量的分布被视为是均匀分布在整个宇宙中，无论身处何处，密度恒为6*10^-9 erg·cm^-3。而在公元2023年，有论文声称，暗能量并不是均匀分布在整个宇宙内，而可能是来自星系中心的超大质量黑洞。这有助于我们理解暗物质与暗能量的关系。

2暗物质与暗能量的共同点与区别

众所周知，在历年的探测中，暗物质在宇宙中的占比从27%下降到26.8%（中间曾评定是22%，因为模型修正而修正为26.8%），暗能量则从66%上升到68.3%（中间曾评定是73%，因为模型修正而修正为68.3%）根据公元2014年物理学评论快报，暗能量很可能在消耗暗物质，才会导致暗物质占比下降而暗能量占比上升。

暗能量和暗物质的区别其实只有一点，那就是暗能量带负压，而暗物质带正压。这种负压强根据相对论，在长距离类似于一种反引力，也可以说是万有斥力。说完差异，我们来讲讲相同点。首先是解释一下什么是“暗”。“暗”是指不会吸收、反射或者辐射光。同时，我们需要认识到两个基本事实：暗物质（暗能量）存在的证据都来自引力；另一个强烈的证据是暗物质（暗能量）没有强和电磁相互作用[1]。其次，虽然暗能量的名字里有一个能量，但是暗能量是一类物质的总称，和暗物质一样[2]。

3暗能量和真空零点能

暗能量的模型有两种：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和标量场（即一个能量密度随时空变化的动力学场，如第五元素和模空间）。对宇宙有恒定影响的标量场常被包含在宇宙常数中。宇宙常数在物理上等价于真空能量。在空间上变化的标量场很难从宇宙常数中分离出来，因为变化太缓慢了。从理论上说暗能量符合宇宙学常数模型，也即暗能量与真空零点能等同，但实际计算时发现相差一百二十个数量级（可以简单理解成数值末尾少了一百二十位）。虽然看似与模型不符，但在公元2023年2月15日，科学家认为正在加速宇宙膨胀的神秘 “暗能量”可能来自星系中心的超大质量黑洞[3]。

1966年，苏联物理学家Erast Gliner证明，爱因斯坦方程也可以产生在外部观察者看来和黑洞一模一样的物体，但实际上它们是巨大的真空能量球。如果存在这样的物体，就意味着暗能量并不是均匀分布在整个空间中，而是局限于特定的位置——黑洞内部。然而即使被束缚在这些特殊的地方，暗能量仍然会对宇宙施加空间拉伸效应。超大质量黑洞是暗能量来源。这一观点的一个后果是，它们将与空间的不断拉伸联系在一起，且其质量会随着宇宙的膨胀而变化。“如果宇宙的体积翻番，黑洞的质量也会翻番。”[4]

4暗能量的利用

暗能量的利用方式很简单，虽然因为不是利用卡西米尔效应而不在真空零点能反应堆的技术路线[5]里，但是由于暗能量的最终阶段是真空零点能，所以暗能量反应堆本质上这也是一种真空零点能反应堆。

从上文我们知道，暗能量会受引力场的约束，同时会消耗暗物质生产暗能量，因此暗能量反应堆的结构由引力场生成器、暗物质容器、暗能量源和能源提取装置构成。其中引力场生成器用于约束暗能量，暗物质容器等效于燃料棒，暗能量源等效于火种，能源提取装置用于获取能源。

参考文献：

[1] 10.11804/NuclPhysRev.33.04.392

[2] Dark matter and dark energy[A].The Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences 2011.1.12

[3] 10.3847/1538-4357/acac2e

[4] Does the dark energy come from the supermassive black holes[A].Journal of Science of China 2023.3.20

[5] EP-001