研究：暗能量来自宇宙空洞 推动宇宙加速膨胀

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文：笛睿

在5亿光年的宇宙范围内的天体结构及空洞示意图。其中白色小点代表可见物质，红色字母显示的为空洞区域。(Richard Powell／公有领域)

一组科学家提出，宇宙中数量众多、个个体积庞大的空洞结构，也许正是神秘暗能量的来源，共同推动着宇宙的膨胀。

空洞是宇宙中最大的“天体”

科学家发现宇宙中的星系、星座等物质并不是均匀地遍布与宇宙空间之内。这些物质有的连在一起组成一条条很长的丝线一样的结构；有的成团地聚集在一起，就像线条彼此交织打结的部位。从宏观上看起来，这些物质在宇宙空间中展现一张网状结构，也叫“宇宙网”。

而宇宙中那些线条以外的区域，即大量的空洞区域（voids），从现有的观测条件来看，里面什么也没有。这些区域相当庞大，最小的跨度也有2000万光年的距离，目前发现的最大距离有1.6亿光年。想像一下蜘蛛网的形态，就不难理解，宇宙空间中大部分体积是被这种空洞结构占据。

如果把空洞也看作是一种天体结构，可以说空洞才是宇宙中体积最大的物体。科学家最早在上个世纪七十年代发现了宇宙中的空洞区域，但是因为里面什么也没有，所以并没有得到太多的研究和关注。科学家更多地在研究各种星体、星系这些可见的物质。

神秘力量或来自空洞

到了近代，从对可见物质的研究中，科学家仍然触及到了一些不可见的神秘物质和力量。因为仅从可见物质之间各种作用力的角度分析，还有很多无法解答的问题，比如是什么力量在推动宇宙膨胀，而且是加速膨胀？

科学家提出了很多理论尝试解释这些不可见的物质，其中一个重要的理论就是暗能量的存在。这份新研究在此基础上提出了更新的想法：空洞正是暗能量的来源。

美国石溪大学（Stony Brook University）天文物理学教授保罗‧萨特（Paul Sutter）在Live Science上撰文介绍这份研究说，在恒星系统或星系内对宇宙膨胀的感觉并不明显，比如太阳系和银河系并不是明显在变大。这可能是因为这些区域内部大量可见物质之间的引力，超过了暗能量对它们的作用。可是那些体积庞大的空洞区域，受到暗能量的影响就较为明显。所以科学家开始考虑，值得从空洞的角度去研究暗能量。

这份研究不仅发现空洞内暗能量的作用明显，而且认为空洞正是暗能量的来源。

空洞或将拆解宇宙网

空洞里面既然什么也没有，它怎么会导致宇宙膨胀呢？这份研究认为，空洞也是一种物质形态，它也有从小到大的发展演化过程。

这份研究认为，几十亿年前，宇宙内各种星体的分布比较均匀，可是后来，一些物质质量稍微大一些的区域就有能力吸引更多的物质，导致它们质量更大，从而有更大的引力吸引更多的物质。经过几十亿年的演化，物质聚集形成了星系、星团、星座等各种天体结构。

与此同时，被抽走物质的区域变成了空洞，原先已经是空洞的区域也在不断变大。这份研究发现，空洞结构并不只是被动地增长，它的增大对周围的结构形成了压力。例如，星系之间的边界墙逐渐变薄，随后被拆解，导致原本分割开的空洞合并在了一起。再过几十亿年，空洞很可能会拆解整个宇宙网结构，导致将来的星系、星团等物质就像汪洋中的一个个孤岛，彼此都被空洞所间隔开，相距数亿光年。

这份研究提出，宇宙中大量空洞拆解宇宙网的整体力量很大，推动着宇宙的加速膨胀。他们提出的模型显示，这种由空洞推动的宇宙加速膨胀的情形，和暗能量理论推测的加速膨胀情形是一致的。

当然，科学家需要进一步的研究去验证这个理论。萨特介绍说，一方面，需要计算宇宙中空洞的数量，再计算所有空洞汇总的拆解能力。另一方面，需要探查在过去几十亿年间，暗能量的力量是否有大幅度的变化。这样才能验证空洞的推动膨胀效应是否即是暗能量理论所提到的效果。

发稿：2022年9月5日