答案是肯定的。
暗能量本质与引力本质的关系
暗能量在广义相对论场方程当中被爱因斯坦无意地归纳为了“宇宙学常数”,实际上这个所谓的“常数”在宇宙的发展过程中(尤其是早期)并不一定是一个常数。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]
上图:自宇宙150亿年前诞生之后膨胀速度在不断改变。宇宙膨胀速度在75亿年前出现了明显的变化,宇宙中的天体在那时开始以更快的速度分离。这种效应被认为是“暗能量”造成。宇宙大爆炸初期曾经历一个“暴涨”阶段,那个时候的宇宙学常数(暗能量强度)可能与今日不同。
上图:红框中的Λ就是宇宙学常数,Λ描述了暗能量的强度。
自20世纪90年代以来,研究表明,当前宇宙中大约至少68%的质量能量密度(上图等号右侧部分)可归因于所谓的暗能量。宇宙常数Λ可能是暗能量最简单的解释,并且被用在当前称为ΛCDM模型的宇宙学标准模型中。(Λ指暗能量,CDM指冷暗物质-也就是说不包括黑洞,加上普通物质,一起构成大家的宇宙) 虽然对暗能量在基础层面上知之甚少,但暗能量的主要的特性是它作为反重力发挥着作用,它在宇宙膨胀的过程中比物质稀释得慢得多,暗能量不会聚集。
从数学上讲,暗能量的本质是度规的膨胀,其通俗的涵义就是时空本身的膨胀。
而引力的本质实际上是度规的收缩。
上图:爱因斯坦场方程中的引力项(里奇曲率张量和里奇曲率标量),代表了引力在度规上造成的时空曲率。
所以相较电弱力和强力而言,引力与暗能量的性质似乎更为相似。
暗能量的特性一览
为了解释为什么暗能量会与引力发生相互作用,这里需要梳理一下暗能量的特性,其中某些特性也容易被忽略或被误解:
暗能量存在于宇宙中的任何角落,而且超级均匀,分布超级密集(几乎时空的任何缝隙当中都存在)。它不因为有星系、恒星或者暗物质的占据就不存在。也就是说大家的身体里的任何原子以及原子内部都有暗能量在发挥着一种膨胀的作用,但是因为暗能量的作用强度远小于四种基本力,所以不会带来什么明显的效应,但放到宇宙大尺度上或者在极微观的尺度上情况就不一样了,暗能量使得星系之间的距离越来越远,也有时在量子效应当中扮演骚扰者的角色;
暗能量可以等效于真空的0点能量;
暗能量在宇宙中的比例是不断上升的,似乎暗能量是不断从膨胀的缝隙当中由不断“涌出”的(可以想象泉水的样子),因此大家的宇宙会加速膨胀,且暗能量越来越多;
暗能量不与电弱力、强力发生作用;
暗能量可以造成星系之间分离的速度超过光速(狭义相对论因为不涉及引力,因此与此无关),从而形成“未来视界”(不再能够看到彼此);
暗能量之所以被称为“能量”,是因为它可以等效为能量产生的效应,例如使两个天体之间的距离增大而使得他们相互的引力势能变大,暗能量的效应就是反引力。
暗能量不会聚集(实际上引力也不会聚集,是质量的聚集造成引力场汇聚)。
这里偶刻意把最后三条加粗,提示暗能量与引力的关系和差异,已经说明了暗能量与引力的关系——“反引力”!
也就是说“暗能量只与引力发生交互作用”。
总结
看来暗能量不仅会与引力发生交互,而且还只能跟引力交互。