为什么暗能量会掌控宇宙？宇宙加速膨胀了多久？

宇宙是在活动的，它有它的生命。——〔法〕罗曼·罗兰

每当说起宇宙，无不说起宇宙亿万年的当作长和演化过程，而我们会商的话题也从最小到最大，从地球到宇宙，从宇宙的发源到它最终的命运。宇宙如同生命一般，无时无刻不在转变。并且我们此刻还知道宇宙正在加快膨胀，那么问题又来了：宇宙加快膨胀是啥时辰起头的？我们是若何知道的？

下面我们来说说宇宙，以及它膨胀的汗青。

广义相对论掌控下的宇宙

其实我们对宇宙领会的时候不是很长，因为不到100年前，我们才知道宇宙中庞大的螺旋星云并不是银河系中形当作的原始恒星，而是整个恍惚的星云自己，是距离我们足足稀有百万到数十亿光年远的自力星星岛屿。然而，就在我们的视野走出银河系不久后，我们很称心识到星系的位置和它离我们有多远之间存在着一种令人惊奇的关系。

上图就形象的描述了宇宙距离阶梯这个概念：第一阶梯经由过程视差法测量距离、第二阶梯经由过程变星周光关系、第三阶梯经由过程Ⅰa 型超新星爆发

在广义相对论中关于宇宙有几个切当的解（膨胀、静止和缩短），但此中一个解刚好地描述了我们的宇宙：一个在最大标准上平均膨胀的宇宙。固然我们的宇宙在几万万光年的标准上不是平均的，可是当我们考虑几百亿光年的标准时，这种不平均性的差别很是小，根基可以忽略不计，是以我们说宇宙是平均和各标的目的同性的。

这个解决方案我们也称之为：弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规，简称FRW度规。本家儿要说的是宇宙大标准上平均各标的目的同性，以及膨胀率由空间曲率决议，固然那时没有考虑暗能量，但这个解比其他任何方式都能更好地描述我们的宇宙。

FRW度规告诉我们，星系之间的空间，或者任何布局之间的空间，若是它们之间没有引力联系，将会发生膨胀。若是我们想知道空间是若何膨胀的，也就是以什么样的速度膨胀，我们需要知道两条信息：

在我们宇宙汗青的任何时刻，膨胀率是几多

在我们的宇宙中物质和能量的类型和比例是什么。

若是我们能弄清晰这两条信息，我们不仅能弄清晰我们宇宙的命运，还能弄清晰宇宙自豪爆炸以来的膨胀率是几多，此刻是几多，未来会是几多？

宇宙的膨胀率和构成当作分的比例

第一个很简单，我们有良多分歧的方式来解决这个问题。经由过程测量宇宙中各类物体的距离以及它们远离我们的速度，我们可以算出今天的膨胀率。尽管在20宿世纪90年月之前的很长一段时候内，这个速度一向存在争议，但我们最终确定，宇宙膨胀率大约在67 km/s/Mpc摆布（此中一个Mpc大约是3260,000光年），不确定度仅在2或3 km/s/Mpc摆布。

第二个宇宙当作分比例是我们从良多分歧类型的不雅测中获得的，包罗从遥远的天体，如超新星，宇宙微波布景，大标准布局，出格是重子声波振荡。

图中CBM：微波布景，BAO：重子声振荡，SNe:超新星数据

我们得出的结论是，我们的宇宙大致由以下能量构成：

以光子为形式的辐射大约占了总质能的0.01%

以正常（质子-中子-电子）物质的形式大约占了总质能的4.9%，

包罗中微子在内的所有形式的暗物质加在一路约占总质能的27%，中微子自己约占总量的0.1%，其余的是未知当作分，

剩下的68%摆布以暗能量的形式存在，并且据我们不雅察，暗能量与宇宙常数几乎没有区别。

据我们今朝所知，这就是宇宙的构成。这里又有一个问题，为什么说暗能量与宇宙常数一样？这仍是个比力大的话题，大师可以在搜刮栏中搜刮下有关于宇宙常数的问题。

当我们说宇宙加快膨胀的时辰，并不料味着当前的膨胀速度（67公里/秒/Mpc）正在增加。而是说离我们肆意远的星系，每过1个Mpc星系远离我们的速度就会增添67公里/秒，若是是10 Mpc，对应的膨胀速度是670千米/秒。

10 Mpc这是一个特心猿意马距离的星系远离我们的速度。跟着宇宙继续膨胀，密度会越来越小，是以能量密度也鄙人降。因为膨胀速度依靠于能量密度，所以膨胀率也会持续下降。可是因为宇宙在这段时候里一向在膨胀，所以我们所不雅测的星系仍是会离我们越来越远。

想想这意味着什么：将来的膨胀率会更小，但单个物体味离我们更远。若是我们想算出一个物体在时候上远离我们的表不雅速度，我们需要把膨胀率和物体的距离增添的速度相乘，所以问题是什么哪个转变得更快：膨胀率下降的百分比？仍是物体离我们的距离增添的百分比？

宇宙膨胀过程中各类能量密度的转变

这取决于宇宙总能量密度中物质和辐射的占比是几多，物质和辐射的能量密度城市随宇宙的膨胀而稀释，但宇宙常数的占比分歧，不会转变！让我们来看看物质、辐射和暗能量（宇宙常数）是若何随时候转变的。

此刻，我们的宇宙由暗能量本家儿导，所以膨胀率下降的速度比距离增添的速度要慢：当膨胀率再下降10%的时辰，星系离我们的距离大约会增添两倍，这意味着物体在加快。可是在曩昔，宇宙的暗能量要少得多（按百分比计较），而物质要多得多。若是我们追溯到足够早期的宇宙，辐射密度会跨越了暗能量和物质！在物质和辐射的本家儿宰的宇宙中，膨胀率下降得更快，宇宙处在减速期间。在宇宙138亿年的汗青中，暗能量掌控宇宙的时候并不太长，一向远离我们的星系才起头加快！

总结：宇宙加快膨胀起头在暗能量掌控宇宙的期间

从数学上讲，宇宙从最初几十亿年的减速，到比来几十亿年的加快，这一改变发生在暗能量密度达到总能量密度一半的时辰。此刻，暗能量是物质密度的两倍多，在暗能量掌控宇宙的时辰，那时宇宙的巨细是此刻的62%。宇宙学家只要用一点数学再加上天体物理学的一点帮忙，就能计较出宇宙在被暗能量掌控时的春秋，那时宇宙大约有78亿年的汗青，或者说大约60亿年以前，也就是太阳系形当作之前的15亿年。

若是我们将整个宇宙的汗青浓缩当作一个年，那么宇宙将在7月27日起头加快。