1
00:00:00,000 --> 00:00:03,130


2
00:00:03,130 --> 00:00:04,810
我们宇宙命运的想法

3
00:00:04,810 --> 00:00:07,020
由我们可以看到的力量支配

4
00:00:07,020 --> 00:00:09,830
因暗物质的发现而被遗弃。 

5
00:00:09,830 --> 00:00:12,730
但是，我们现在知道宇宙的演变

6
00:00:12,730 --> 00:00:16,650
是由更神秘的东西驱动 - 暗能量。 

7
00:00:16,650 --> 00:00:20,120
 [音乐播放] 

8
00:00:20,120 --> 00:00:22,070


9
00:00:22,070 --> 00:00:23,700
在最后两集中，我们进行了讨论

10
00:00:23,700 --> 00:00:25,480
关于宇宙的命运如何

11
00:00:25,480 --> 00:00:28,030
可以用爱因斯坦的一般理论来描述

12
00:00:28,030 --> 00:00:31,350
通过Friedmann方程的相对论。 

13
00:00:31,350 --> 00:00:33,000
但是，有一个问题。 

14
00:00:33,000 --> 00:00:36,170
观察表明宇宙是无限的

15
00:00:36,170 --> 00:00:37,580
扩大。 

16
00:00:37,580 --> 00:00:40,540
但它也几何平坦。 

17
00:00:40,540 --> 00:00:42,910
只有我们介绍才允许这样做

18
00:00:42,910 --> 00:00:47,550
由宇宙常数表示的一种新型能量。 

19
00:00:47,550 --> 00:00:49,630
我们称之为暗能量。 

20
00:00:49,630 --> 00:00:52,710
但是，这种黑暗能量实际上是做什么的呢？ 

21
00:00:52,710 --> 00:00:54,200
答案来自另一件作品

22
00:00:54,200 --> 00:00:57,180
其存在的证据本身

23
00:00:57,180 --> 00:00:59,730
来自独立的尝试来确定

24
00:00:59,730 --> 00:01:01,990
宇宙是否会重新坍塌。 

25
00:01:01,990 --> 00:01:05,280
看，测量宇宙的密度

26
00:01:05,280 --> 00:01:09,130
是一种决定其命运的方法，因为未来的扩张

27
00:01:09,130 --> 00:01:11,450
速率取决于密度。 

28
00:01:11,450 --> 00:01:14,720
然而，它过去的扩张历史也是如此。 

29
00:01:14,720 --> 00:01:17,620
实际上，衡量过去的扩张历史

30
00:01:17,620 --> 00:01:20,210
应该告诉我们未来的扩张

31
00:01:20,210 --> 00:01:23,200
无需计算任何星系。 

32
00:01:23,200 --> 00:01:25,990
这段历史是在每个光子中编码的

33
00:01:25,990 --> 00:01:29,050
从遥远的宇宙到达我们的望远镜。 

34
00:01:29,050 --> 00:01:32,160
当空间扩大时，它会延伸出光线

35
00:01:32,160 --> 00:01:33,740
正在穿越它。 

36
00:01:33,740 --> 00:01:36,970
在该扩展期间，它增加了波长

37
00:01:36,970 --> 00:01:39,400
由此产生的电磁波

38
00:01:39,400 --> 00:01:43,080
在我们看到的红移，宇宙红移。 

39
00:01:43,080 --> 00:01:46,650
如果我们也知道给定光子的行进时间

40
00:01:46,650 --> 00:01:49,430
通过那个不断膨胀的宇宙，然后是它的红移

41
00:01:49,430 --> 00:01:51,310
告诉我们扩展的总量

42
00:01:51,310 --> 00:01:53,430
发生在那段时间。 

43
00:01:53,430 --> 00:01:55,610
但是我们如何计算出多少时间

44
00:01:55,610 --> 00:01:57,250
光走过去了吗？ 

45
00:01:57,250 --> 00:01:59,480
嗯，我们知道光的速度。 

46
00:01:59,480 --> 00:02:02,130
所以我们需要弄清楚它走了多远， 

47
00:02:02,130 --> 00:02:04,690
光子所具有的实际物理空间量

48
00:02:04,690 --> 00:02:07,140
穿过去找我们。 

49
00:02:07,140 --> 00:02:09,570
要衡量宇宙的膨胀历史， 

50
00:02:09,570 --> 00:02:13,200
我们需要测量红移 - 距离关系。 

51
00:02:13,200 --> 00:02:16,900
我们在这一集中详细讨论了这一点。 

52
00:02:16,900 --> 00:02:21,000
但等等 - 红移不告诉我们距离吗？ 

53
00:02:21,000 --> 00:02:23,870
嗯，有点但只有我们假设

54
00:02:23,870 --> 00:02:26,340
红移 - 距离关系。 

55
00:02:26,340 --> 00:02:29,940
 Redshift是宇宙在此期间扩展的数量

56
00:02:29,940 --> 00:02:33,890
光子的旅程，距离是物理空间的数量

57
00:02:33,890 --> 00:02:35,710
它走过了。 

58
00:02:35,710 --> 00:02:39,590
这两者是由宇宙的扩张历史联系在一起的。 

59
00:02:39,590 --> 00:02:42,910
测量许多不同的红移和距离

60
00:02:42,910 --> 00:02:45,180
彼此独立告诉我们

61
00:02:45,180 --> 00:02:46,650
那种扩张历史。 

62
00:02:46,650 --> 00:02:47,770
没问题。 

63
00:02:47,770 --> 00:02:50,470
只需测量一堆东西的红移和距离

64
00:02:50,470 --> 00:02:52,290
在太空中。 

65
00:02:52,290 --> 00:02:53,580
好吧，不是那么快。 

66
00:02:53,580 --> 00:02:56,360
虽然测量红移不是那么难， 

67
00:02:56,360 --> 00:02:58,430
距离是最难的事情之一

68
00:02:58,430 --> 00:03:02,710
进入天文学，特别是对于遥远的事物

69
00:03:02,710 --> 00:03:05,570
宇宙将会显着扩张

70
00:03:05,570 --> 00:03:09,060
在他们的光照到达我们的时间 - 数十亿

71
00:03:09,060 --> 00:03:10,510
光年远。 

72
00:03:10,510 --> 00:03:12,160
你知道什么会非常方便吗？ 

73
00:03:12,160 --> 00:03:15,030
如果那个旅行灯发生了其他事情

74
00:03:15,030 --> 00:03:18,080
独立地跟踪它行进的距离。 

75
00:03:18,080 --> 00:03:19,100
等一下。 

76
00:03:19,100 --> 00:03:20,390
有。 

77
00:03:20,390 --> 00:03:24,820
远处的东西比附近的东西更微弱。 

78
00:03:24,820 --> 00:03:26,360
我们只需要一些光源

79
00:03:26,360 --> 00:03:30,660
在那里，真正的，内在的亮度是已知的。 

80
00:03:30,660 --> 00:03:32,890
这样，我们可以弄清楚有多远

81
00:03:32,890 --> 00:03:36,390
只是通过看到它对我们来说有多微弱。 

82
00:03:36,390 --> 00:03:39,930
我们将这种神奇的光源称为标准蜡烛， 

83
00:03:39,930 --> 00:03:42,140
我们在那里很幸运。 

84
00:03:42,140 --> 00:03:44,390
有一种非常特殊的超新星

85
00:03:44,390 --> 00:03:46,960
这既壮观又明亮

86
00:03:46,960 --> 00:03:49,700
我们可以找出非常准确的内在亮度

87
00:03:49,700 --> 00:03:51,080
或光度。 

88
00:03:51,080 --> 00:03:55,290
它是Ia型或白矮星超新星。 

89
00:03:55,290 --> 00:03:58,870
拿一个白矮星，一个死的低质量恒星的剩余核心

90
00:03:58,870 --> 00:04:01,800
像我们的太阳一样，让它蚕食

91
00:04:01,800 --> 00:04:04,820
来自二元伴侣的一些材料。 

92
00:04:04,820 --> 00:04:06,760
当恒星达到临界质量时， 

93
00:04:06,760 --> 00:04:09,220
失控的聚变反应消失了

94
00:04:09,220 --> 00:04:11,370
这颗恒星是超新星。 

95
00:04:11,370 --> 00:04:15,300
这些东西爆炸的非常相似和非常高

96
00:04:15,300 --> 00:04:18,959
光度，因此它们是完美的标准蜡烛。 

97
00:04:18,959 --> 00:04:22,089
好的，所以这是实验 - 看星星

98
00:04:22,089 --> 00:04:24,450
在宇宙中爆发。 

99
00:04:24,450 --> 00:04:26,510
当你捕捉到一颗白矮星超新星时， 

100
00:04:26,510 --> 00:04:28,970
你知道它的距离和红移。 

101
00:04:28,970 --> 00:04:32,690
假设，如果红移为给定距离

102
00:04:32,690 --> 00:04:34,855
事实证明是偏大的

103
00:04:34,855 --> 00:04:36,230
那意味着宇宙

104
00:04:36,230 --> 00:04:39,690
在相应的轻型旅行期间扩大了很多

105
00:04:39,690 --> 00:04:40,790
时间。 

106
00:04:40,790 --> 00:04:45,190
现在，这实际上指向一个更密集的宇宙。 

107
00:04:45,190 --> 00:04:46,480
为什么？ 

108
00:04:46,480 --> 00:04:48,860
因为如果红移很大， 

109
00:04:48,860 --> 00:04:51,030
然后宇宙膨胀得更快

110
00:04:51,030 --> 00:04:53,810
在过去，这意味着什么

111
00:04:53,810 --> 00:04:57,620
将不得不将其降低到目前的速度。 

112
00:04:57,620 --> 00:05:00,560
这将是一种高质量的能量

113
00:05:00,560 --> 00:05:04,960
将来可能使其重新坍塌的内容。 

114
00:05:04,960 --> 00:05:09,440
因此，测量过去迅速膨胀的宇宙

115
00:05:09,440 --> 00:05:11,400
指出它有它的引力

116
00:05:11,400 --> 00:05:13,830
在当时和现在之间制动。 

117
00:05:13,830 --> 00:05:16,670
另一方面，如果红移在给定的距离

118
00:05:16,670 --> 00:05:18,950
原来是偏小的， 

119
00:05:18,950 --> 00:05:21,750
这意味着宇宙扩张得更少

120
00:05:21,750 --> 00:05:23,740
那光子正在旅行。 

121
00:05:23,740 --> 00:05:26,830
因此物质密度会降低

122
00:05:26,830 --> 00:05:29,340
需要解释宇宙是如何减速的

123
00:05:29,340 --> 00:05:32,000
以目前的扩张速度。 

124
00:05:32,000 --> 00:05:34,070
您期望的最小红移

125
00:05:34,070 --> 00:05:36,110
如果宇宙永远如此

126
00:05:36,110 --> 00:05:40,760
我们现在看到的速度一直在扩大，所以几乎无所谓

127
00:05:40,760 --> 00:05:42,800
减缓宇宙的速度。 

128
00:05:42,800 --> 00:05:46,020
这样的宇宙肯定会永远膨胀。 

129
00:05:46,020 --> 00:05:50,180
我们也可以翻转这个逻辑，并说对于给定的红移， 

130
00:05:50,180 --> 00:05:53,980
我们期望超新星变得明亮或更近

131
00:05:53,980 --> 00:05:57,510
在一个高密度，重新聚集的宇宙中

132
00:05:57,510 --> 00:06:01,360
在低密度下微弱或更远， 

133
00:06:01,360 --> 00:06:03,660
无限膨胀的宇宙。 

134
00:06:03,660 --> 00:06:05,140
两个独立的天文学家团队

135
00:06:05,140 --> 00:06:08,576
花了几年时间捕捉白矮星超新星爆炸

136
00:06:08,576 --> 00:06:10,680
在星系数十亿光年

137
00:06:10,680 --> 00:06:13,250
离开去衡量过去的扩张

138
00:06:13,250 --> 00:06:15,120
宇宙的历史。 

139
00:06:15,120 --> 00:06:17,620
他们认为这会告诉他们宇宙是否会这样

140
00:06:17,620 --> 00:06:20,480
永远扩张或重新崩溃。 

141
00:06:20,480 --> 00:06:22,040
但他们看到了什么？ 

142
00:06:22,040 --> 00:06:25,360
 1998年，两支球队宣布了宇宙

143
00:06:25,360 --> 00:06:29,960
过去的扩张速度比现在慢得多。 

144
00:06:29,960 --> 00:06:32,180
红色变化太低了。 

145
00:06:32,180 --> 00:06:35,380
或者相反，超新星更微弱

146
00:06:35,380 --> 00:06:38,300
比你想象的还要多，即使是宇宙也是如此

147
00:06:38,300 --> 00:06:41,550
完全不管它。 

148
00:06:41,550 --> 00:06:44,570
这意味着宇宙的膨胀率

149
00:06:44,570 --> 00:06:47,560
实际上已加速，加速， 

150
00:06:47,560 --> 00:06:50,850
那颗超新星光正在向我们发射。 

151
00:06:50,850 --> 00:06:53,270
这一发现加速扩张

152
00:06:53,270 --> 00:06:58,270
宇宙队在2011年为两支球队赢得了诺贝尔奖， 

153
00:06:58,270 --> 00:07:01,800
它被认为是暗能量的发现。 

154
00:07:01,800 --> 00:07:04,920
看，这个观察实际上是在发现之前发生的

155
00:07:04,920 --> 00:07:08,370
宇宙中无法解释的几何平坦度

156
00:07:08,370 --> 00:07:10,670
我们上次谈过这个问题。 

157
00:07:10,670 --> 00:07:13,360
但是，这种加速扩张

158
00:07:13,360 --> 00:07:16,930
可以用相同的数学解释， 

159
00:07:16,930 --> 00:07:21,020
宇宙常数，指向相同的物理学， 

160
00:07:21,020 --> 00:07:22,330
暗能量。 

161
00:07:22,330 --> 00:07:25,650
将宇宙常数加到第一个弗里德曼方程中， 

162
00:07:25,650 --> 00:07:28,280
我们调和了左右两边。 

163
00:07:28,280 --> 00:07:31,630
但我们也看到了这个术语的不变性

164
00:07:31,630 --> 00:07:33,510
意味着宇宙越大， 

165
00:07:33,510 --> 00:07:36,020
这些东西越多越好。 

166
00:07:36,020 --> 00:07:37,990
这让我们解释宇宙论

167
00:07:37,990 --> 00:07:41,920
恒定代表一种真空能量， 

168
00:07:41,920 --> 00:07:43,885
空间本身的财产。 

169
00:07:43,885 --> 00:07:48,400
它必须最终支配宇宙的进化。 

170
00:07:48,400 --> 00:07:50,740
但为什么要恒定的真空能量

171
00:07:50,740 --> 00:07:53,400
导致宇宙加速？ 

172
00:07:53,400 --> 00:07:57,060
让我们以数学的方式进入遥远的未来， 

173
00:07:57,060 --> 00:07:59,750
当星系离这么遥远的时候

174
00:07:59,750 --> 00:08:03,780
宇宙的密度基本上为零。 

175
00:08:03,780 --> 00:08:06,500
我们知道宇宙是扁平的， 

176
00:08:06,500 --> 00:08:09,930
所以曲率也是零。 

177
00:08:09,930 --> 00:08:13,620
对于这个遥远的未来宇宙，我们可以写出第一个弗里德曼

178
00:08:13,620 --> 00:08:16,000
像这样的等式。 

179
00:08:16,000 --> 00:08:16,780
看到？ 

180
00:08:16,780 --> 00:08:21,250
扩张只取决于宇宙常数。 

181
00:08:21,250 --> 00:08:24,450
这是否意味着扩张将变得不变？ 

182
00:08:24,450 --> 00:08:25,210
没有。 

183
00:08:25,210 --> 00:08:29,330
看，这不是扩张速度 -  A点 - 那是

184
00:08:29,330 --> 00:08:31,360
在这个等式中常数。 

185
00:08:31,360 --> 00:08:34,730
 A上的A点将成为常数。 

186
00:08:34,730 --> 00:08:36,881
我们也称之为哈勃参数， 

187
00:08:36,881 --> 00:08:38,839
它可以被认为是速率

188
00:08:38,840 --> 00:08:41,460
宇宙的大小增加了一倍。 

189
00:08:41,460 --> 00:08:44,680
哈勃常数就是哈勃参数

190
00:08:44,680 --> 00:08:46,110
今天。 

191
00:08:46,110 --> 00:08:50,210
通常，哈勃参数随时间变得越来越低。 

192
00:08:50,210 --> 00:08:52,760
但是具有正的宇宙常数， 

193
00:08:52,760 --> 00:08:55,530
哈勃最终将拥有一个恒定的哈勃

194
00:08:55,530 --> 00:08:56,285
参数。 

195
00:08:56,285 --> 00:08:59,530
所以我们将有一个不断的倍增时间。 

196
00:08:59,530 --> 00:09:03,620
这是指数增长，看起来像是在加速

197
00:09:03,620 --> 00:09:04,790
扩张。 

198
00:09:04,790 --> 00:09:07,190
目前，宇宙中还有足够的物质

199
00:09:07,190 --> 00:09:11,160
影响扩张速度，但我们已经到了这一点

200
00:09:11,160 --> 00:09:13,320
暗能量占主导地位的地方。 

201
00:09:13,320 --> 00:09:17,280
事实上，宇宙在扩张中一直在加速发展

202
00:09:17,280 --> 00:09:19,620
六十亿年左右。 

203
00:09:19,620 --> 00:09:23,140
这就是我们在白矮星超新星测量中看到的。 

204
00:09:23,140 --> 00:09:26,010
如果宇宙常数保持不变， 

205
00:09:26,010 --> 00:09:30,160
我们可以期待指数增长继续下去。 

206
00:09:30,160 --> 00:09:31,980
但它会保持不变吗？ 

207
00:09:31,980 --> 00:09:33,680
可能会下降吗？ 

208
00:09:33,680 --> 00:09:36,900
这一切都取决于空间的这种能量

209
00:09:36,900 --> 00:09:38,060
真的是。 

210
00:09:38,060 --> 00:09:41,440
为此，我们需要另一集“时空”。 

211
00:09:41,440 --> 00:09:43,850
在上一集中，我们谈到了如何

212
00:09:43,850 --> 00:09:45,890
一般的相对论描述

213
00:09:45,890 --> 00:09:50,100
宇宙膨胀需要暗能量。 

214
00:09:50,100 --> 00:09:52,940
你们有一些很好的问题。 

215
00:09:52,940 --> 00:09:56,100
 Pravar Parekh指出我们不能真的

216
00:09:56,100 --> 00:09:58,700
知道宇宙是扁平的，因为我们只能

217
00:09:58,700 --> 00:10:00,890
看到它的一小部分。 

218
00:10:00,890 --> 00:10:02,380
这绝对是真的。 

219
00:10:02,380 --> 00:10:05,920
我们不能排除低于目前最佳状态的曲率

220
00:10:05,920 --> 00:10:11,880
灵敏度，目前是完美平坦度的0.4％。 

221
00:10:11,880 --> 00:10:15,250
宇宙可以是正向或负向弯曲的

222
00:10:15,250 --> 00:10:16,760
低于那个水平。 

223
00:10:16,760 --> 00:10:20,730
如果是正弯曲的，那就意味着有限

224
00:10:20,730 --> 00:10:24,970
但非常非常大的宇宙有一个体积

225
00:10:24,970 --> 00:10:29,580
至少是我们可观测宇宙的250倍。 

226
00:10:29,580 --> 00:10:32,150
我们在这一集中讨论这个问题。 

227
00:10:32,150 --> 00:10:34,930
但是，第一弗里德曼要求的曲率

228
00:10:34,930 --> 00:10:37,735
方程式同意扩张之间的平衡

229
00:10:37,735 --> 00:10:40,240
而且密度要大得多

230
00:10:40,240 --> 00:10:42,690
比我们的宇宙展示。 

231
00:10:42,690 --> 00:10:45,690
即使更大的宇宙是弯曲的， 

232
00:10:45,690 --> 00:10:47,010
我们仍然需要暗能量。 

233
00:10:47,010 --> 00:10:48,960
 Yeshwanth Vejendla想知道

234
00:10:48,960 --> 00:10:52,090
我们怎么可能测量这种密度

235
00:10:52,090 --> 00:10:53,730
一个巨大的宇宙。 

236
00:10:53,730 --> 00:10:55,380
所以关于宇宙的方便之处

237
00:10:55,380 --> 00:10:57,510
这在更大的尺度上是平滑的

238
00:10:57,510 --> 00:11:00,220
你不必测量整个东西的密度， 

239
00:11:00,220 --> 00:11:03,380
只是足够的代表性补丁。 

240
00:11:03,380 --> 00:11:06,820
我们的银河系调查已经有数十年了

241
00:11:06,820 --> 00:11:09,280
测量亮度，红移， 

242
00:11:09,280 --> 00:11:12,630
恒星成分，以及数百万个星系中的更多。 

243
00:11:12,630 --> 00:11:16,110
即使在那时，它们也没有覆盖整个可观察的宇宙。 

244
00:11:16,110 --> 00:11:19,250
但是，它们会对它进行足够大的采样

245
00:11:19,250 --> 00:11:21,390
告诉我们宇宙中的物质

246
00:11:21,390 --> 00:11:23,420
分布非常顺利。 

247
00:11:23,420 --> 00:11:27,020
这些调查不能测量所有的暗物质含量

248
00:11:27,020 --> 00:11:28,580
他们的星系团。 

249
00:11:28,580 --> 00:11:32,210
但同样，我们已经在足够多的情况下权衡了暗物质

250
00:11:32,210 --> 00:11:34,370
能够推断。 

251
00:11:34,370 --> 00:11:38,110
 Thomas Waclav对添加东西有合理的担忧

252
00:11:38,110 --> 00:11:40,100
你的数学，直到它工作。 

253
00:11:40,100 --> 00:11:41,490
托马斯，我听到你了。 

254
00:11:41,490 --> 00:11:42,910
你不能这样做。 

255
00:11:42,910 --> 00:11:45,470
奥卡姆的威廉在他的坟墓中转身。 

256
00:11:45,470 --> 00:11:49,390
但是当理论 - 广义相对论时，在这种情况下 - 

257
00:11:49,390 --> 00:11:52,700
在许多其他方面如此彻底地验证， 

258
00:11:52,700 --> 00:11:55,550
并且增加了宇宙常数

259
00:11:55,550 --> 00:11:58,810
很好地描述差异， 

260
00:11:58,810 --> 00:12:01,460
强烈建议这个添加描述

261
00:12:01,460 --> 00:12:03,100
真实的东西。 

262
00:12:03,100 --> 00:12:05,670
正如我们今天所看到的那样，宇宙常数

263
00:12:05,670 --> 00:12:07,920
解决了两个度量差异。 

264
00:12:07,920 --> 00:12:10,960
所以在某种程度上，它是正确的，甚至是

265
00:12:10,960 --> 00:12:15,030
如果我们不知道是什么原因造成的，或者它是否真的不变。 

266
00:12:15,030 --> 00:12:17,440
 Austin Pinheiro喜欢认为PBS 

267
00:12:17,440 --> 00:12:19,330
代表花生酱三明治

268
00:12:19,330 --> 00:12:21,180
没有明显的理由。 

269
00:12:21,180 --> 00:12:22,460
不要出汗，奥斯汀。 

270
00:12:22,460 --> 00:12:24,670
人们总是认为愚蠢的事情。 

271
00:12:24,670 --> 00:12:26,810
感谢你对实力的诚实

272
00:12:26,810 --> 00:12:29,090
信仰结构背后的证据。 

273
00:12:29,090 --> 00:12:32,740
 [音乐播放] 

274
00:12:32,740 --> 00:00:00,000