研究：暗能量來自宇宙空洞 推動宇宙加速膨脹

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文：笛睿

在5億光年的宇宙範圍內的天體結構及空洞示意圖。其中白色小點代表可見物質，紅色字母顯示的為空洞區域。(Richard Powell／公有領域)

一組科學家提出，宇宙中數量眾多、個個體積龐大的空洞結構，也許正是神秘暗能量的來源，共同推動著宇宙的膨脹。

空洞是宇宙中最大的“天體”

科學家發現宇宙中的星系、星座等物質並不是均勻地遍布與宇宙空間之內。這些物質有的連在一起組成一條條很長的絲線一樣的結構；有的成團地聚集在一起，就像線條彼此交織打結的部位。從宏觀上看起來，這些物質在宇宙空間中展現一張網狀結構，也叫“宇宙網”。

而宇宙中那些線條以外的區域，即大量的空洞區域（voids），從現有的觀測條件來看，裏面什麼也沒有。這些區域相當龐大，最小的跨度也有2000萬光年的距離，目前發現的最大距離有1.6億光年。想像一下蜘蛛網的形態，就不難理解，宇宙空間中大部分體積是被這種空洞結構占據。

如果把空洞也看作是一種天體結構，可以說空洞才是宇宙中體積最大的物體。科學家最早在上個世紀七十年代發現了宇宙中的空洞區域，但是因為裏面什麼也沒有，所以並沒有得到太多的研究和關註。科學家更多地在研究各種星體、星系這些可見的物質。

神秘力量或來自空洞

到了近代，從對可見物質的研究中，科學家仍然觸及到了一些不可見的神秘物質和力量。因為僅從可見物質之間各種作用力的角度分析，還有很多無法解答的問題，比如是什麼力量在推動宇宙膨脹，而且是加速膨脹？

科學家提出了很多理論嘗試解釋這些不可見的物質，其中一個重要的理論就是暗能量的存在。這份新研究在此基礎上提出了更新的想法：空洞正是暗能量的來源。

美國石溪大學（Stony Brook University）天文物理學教授保羅‧薩特（Paul Sutter）在Live Science上撰文介紹這份研究說，在恒星系統或星系內對宇宙膨脹的感覺並不明顯，比如太陽系和銀河系並不是明顯在變大。這可能是因為這些區域內部大量可見物質之間的引力，超過了暗能量對它們的作用。可是那些體積龐大的空洞區域，受到暗能量的影響就較為明顯。所以科學家開始考慮，值得從空洞的角度去研究暗能量。

這份研究不僅發現空洞內暗能量的作用明顯，而且認為空洞正是暗能量的來源。

空洞或將拆解宇宙網

空洞裏面既然什麼也沒有，它怎麼會導致宇宙膨脹呢？這份研究認為，空洞也是一種物質形態，它也有從小到大的發展演化過程。

這份研究認為，幾十億年前，宇宙內各種星體的分布比較均勻，可是後來，一些物質質量稍微大一些的區域就有能力吸引更多的物質，導致它們質量更大，從而有更大的引力吸引更多的物質。經過幾十億年的演化，物質聚集形成了星系、星團、星座等各種天體結構。

與此同時，被抽走物質的區域變成了空洞，原先已經是空洞的區域也在不斷變大。這份研究發現，空洞結構並不只是被動地增長，它的增大對周圍的結構形成了壓力。例如，星系之間的邊界墻逐漸變薄，隨後被拆解，導致原本分割開的空洞合並在了一起。再過幾十億年，空洞很可能會拆解整個宇宙網結構，導致將來的星系、星團等物質就像汪洋中的一個個孤島，彼此都被空洞所間隔開，相距數億光年。

這份研究提出，宇宙中大量空洞拆解宇宙網的整體力量很大，推動著宇宙的加速膨脹。他們提出的模型顯示，這種由空洞推動的宇宙加速膨脹的情形，和暗能量理論推測的加速膨脹情形是一致的。

當然，科學家需要進一步的研究去驗證這個理論。薩特介紹說，一方面，需要計算宇宙中空洞的數量，再計算所有空洞匯總的拆解能力。另一方面，需要探查在過去幾十億年間，暗能量的力量是否有大幅度的變化。這樣才能驗證空洞的推動膨脹效應是否即是暗能量理論所提到的效果。

發稿：2022年9月5日