不属于暗能量研究的实验装置

❶ 下列属于暗能量研究的实验装置有哪些

世界主复要科技强国建立大型巡天制实验装置来研究暗能量，下列属于暗能量研究的实 验装置有：
A 普朗克卫星
B 暗能量巡天(DES)
C 大型综合巡天望远镜(LSST)
D 平方公里阵列射电望远镜(SKA)

❷ 暗能量是什么细数那些前沿暗能量理论与实验

英国的一项实验未能找到一个可以解释宇宙大部分质量的粒子的证据。但显然这个搜索还没有结束。

图解：以变色龙粒子为特征的修正引力理论下形成的星系的模拟。

当宇宙学家观察宇宙膨胀的方式时，他们发现当今的物质理论不能解释宇宙的大部分能量。他们将这种未知能量称为“暗能量”，理论家们试图通过提出未被发现的粒子和相应的场来解释它。众多实验都未能找到此类粒子的证据，但在物理学中，这不谈旁一定是件坏事。

图解：今期与带樱早期的宇宙质能分布饼图

该研究的作者之一、英国诺丁汉大学物理学和天文学副教授Clare Burrage告诉天文在线：“我们并没有排除一切。”“还有一个参数窗口可以说是更加有趣的。”

1998年对最遥远的超新星的两次观测显示，宇宙不仅在膨胀，而且这种扩张正在加速。解释这种膨胀需要一种新的、未被发现的、驱使物质分裂的力量，物理学家称之为暗能量。从那时起的计算表明，暗能量应该占宇宙总质量和能量的三分之二以上，但我们并不知道能量的实际来源是什么。

图解：由大型强子对撞机中的紧凑μ子线圈得到的希格斯玻色子产生时的景象。它是通过衰变为强子喷流的质子与电子的碰撞形成的。

物理学家将宇宙中常规物质之间的力，如电磁力，理解为场(你在场中的位置决定了你感受到力的强度)以及相应的粒子(你可以将两个物质粒子之间的相互作用理解为力粒子的交换)。因此，一些暗能量理论提出，它是一种新的力量，太弱了以至于人们无法在地球上观察到它，这种力量有一个相应的粒子；这些被提出的粒子有例如变色龙或Symmteron这样的名字。计算证据表明，变色龙理论是一种可行的暗能量理论，而之所以将其命名为“变色龙”，是因为它们的特性取决于它们所处的环境。

在英国工作的研究人员此前曾提出，如果这些力量存在，可能可以通过一种类似于伽利略从比萨斜塔顶部扔下两个球的特殊实验来检测到。研究人员将一个杏仁大小的铝球固定在一根杆子上，这样它就可以四处移动，接着把它放在一个极端的真空室里。然后，他们泵浦并捕获了一个冷的铷原子脉冲，最后释放陷阱。研究人员使用了一种名为原子干涉测量的检测方案，基于将特制的激光照射到原子上，测量原子如何朝着不同位置的铝球移动的变化程度，以寻找与理论预期的最微小的加速度差异。

根据这篇发表在《物理评论快报》上的论文，实验发现，如果变色龙粒子或对称粒子存在，那也会因为它们的影响太小而导致无法用这种装置测量。这种无效的结果很重要——它告诉理论家和实验学家去别处寻找能够解释暗能量的粒子。

这些结果证实了美国一组科学家在2017年发表的一篇论文中的一组类似结果，尽管检测方案略有不同。这个2017年的项目的负责人、加州大学伯克利分校、并未参与这项新研究的Holger Müller在一封电子邮件中告诉天文在线，这篇论文“质量非常高，证实了我们含行橡早先的限制”。 “他们使用了相似但并不相同的技术，所以这显然是对实验数据的有意义的强化。这篇新论文中的三位科学家伯拉奇、科普兰和海因兹的一篇理论论文激发了我们研究变色龙的灵感，这一点我应该完全归功于这篇论文。

重要的是要继续寻找。Burrage告诉天文在线，这些实验为一些迭代的变色龙留下了生存的空间。现在的重点是提高这些实验的灵敏度。

参考资料

1.Wikipedia网络全书

2.天文学名词

3. Ryan F. Mandelbaum- 天文在线-罗导

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

❸ 捕捉宇宙“黑势力”——暗物质与暗能量探测

出品：科普中国

制作：缪子文化 崔二亮

监制：中国科学院计算机网络信息中心

众里寻他千网络。蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。

——辛弃疾《青玉案·元夕》

关于暗物质和暗能量的研究由来已久，自19世纪末期20世纪初期“暗体”的概念提出至今，作为可能占宇宙绝大部分质量的存在，我们又是如何对它们进行探测的呢？

暗物质和暗能量或占宇宙绝大部分质量

许多大尺度和精确的天文观测表明，宇宙中存在大量的暗能量和暗物质。通过对比发光物质、X射线示踪和引力透镜构建的质量分布，发现引力透镜构建的质量分布与星系分布重合，远优于前两种情况。这就表明，宇宙中存在大量“看不见的”物质。

遥远星系红移现象的精确观测表明宇宙膨胀过程的后半段是加速的。宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background, CMB)的观测表明宇宙是平坦的，这意味着宇宙整体的物质密度近似等于宇宙大爆炸理论中提出的临界密度。但是，把现有暗物质和普通物质的观测总量加起来远不够这个临界密度，这就需要有额外的物质即暗能量来贡献额外质量。

宇宙大尺度质量密度的傅立叶谱也支持暗能量存在的假设。由欧洲空间局(European Space Agency, ESA)2009年发射升空的普朗克卫星在2013年传回的最新的各向异性的宇宙微波背景辐射图以目前能达到的最高精度显示，整个宇宙的质量能量成分为：4.9%的普通可见物质，26.8%的暗物质以及68.3%的暗能量。这意味着，暗物质占物质总量的84.5%，而暗能量和暗物质加起来占整个质量能量成分的95.1%。也就是说，对于占宇宙绝大部分质量的暗物质和暗能量，我们竟然毫无知觉！

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

❹ 如何开发利用暗能量

作品完成时间： 2018-11-12

前段时间，一个想法在我脑海中悄然而生，于是我便迫不及待地记了下来。这个想法就是关于如何开发暗能量的，本文将对此进行描述。本文的所有推导均符合科学常识，不存在任何自造概念。

在我们生活的世界中，尽管我们无法察觉，但是不计其数的粒子在每时每刻地穿透我们的身体。他们似乎与我们的世界不存在丝毫相互作用。尽管他们是如此的狡猾，但是我还是发现了他们的踪迹。他们确实和我们相氏颤互作用。我是通过场源的加速运动发现了他们的伎俩的，并知道如何获取暗能量。

下面我先从电荷运动开始做讨论。

如果两个同种电荷被连接在一起，然后匀速运动，那么电荷的受力情况是怎样的呢？

如图 1所示，P1和P2是同种电荷，当静止时，P1受到的力为F，方向垂直向上。如果P1和P2以速度v匀速运动，那么在一定时间t内运行到A'和B'位置。电场传播是需要时间的，此时，P1在A'位置受到电场力逗核拦实际上是P2在B位置激发出来的电场E产生的。但是，因为P1存在一个速度v，在P1看来，仿佛电场是P2从B'位置激发出来的E'，所以，P1受到的力为F'（减少了），方向仍然是垂直向上。

如果P1和P2之间的距离为L，运动速度为v，场传播速度为c，那么A和A'之间的距离d是固定的。也就是说，在时刻t1，P2激发的电场，必然在t2时刻打到P1。t1和t2之间的时间t是固定的，

。打到P1的电场的速度的水平分量必然等于v，如果不是v，那么就无法撞击P1。也就是说，P2发出的电场，只有其速度的水平分量为v的才能撞击到P1，其它方向的电场是无法与P1相遇的。因为P1有一个水平方山胡向的运动，电场E作用到P1时势必减弱。因此，在P1看来，仿佛电场是P2从B'位置激发出来的E'，电场强度变弱，这种匀速运动的情况，E'和E的强度关系符合洛伦兹变换。

如果两个异种电荷被连接在一起，然后做加速运动，那么电荷的受力情况是怎样的呢？

如图 2所示，P1和N2是异种电荷，当静止时，P1受到的力为F，方向垂直向下。如果P1和N2以加速度运动，那么在一定时间t内运行到A'和B'位置。B''是假设电荷以速度v3匀速运动的位置。电场传播是需要时间的，此时，P1在A'位置受到电场力实际上是N2在B位置激发出来的电场E产生的。P1存在加速度，在P1看来，仿佛电场是N2从B''位置激发出来的E'，所以，P1受到的力为F'（减少了），方向朝右下方。

如果P1和N2之间的距离为L，初始运动速度为v1=0，加速度为a，场传播速度为c，那么A和A'之间的距离d是固定的。也就是说，在时刻t1，N2激发的电场，必然在t2时刻打到P1。t1和t2之间的时间t是固定的，

。打到P1的电场的速度的水平分量v3必然大于v1且小于v2，如果小于等于v1或大于v2，那么就无法撞击P1。也就是说，N2发出的电场，只有其速度的水平分量大于v1且小于v2才能撞击到P1，其它方向的电场是无法与P1相遇的。因为P1有一个水平方向的运动v2，电场E作用到P1时势必减弱。又因为电场E的水平速度小于v2，所以在P1看来，仿佛电场是N2从B''位置激发出来的E'，且电场强度变弱。

有趣的事情发生了。如果对异种电荷P1和N2进行加速，那么电荷将在其运动的方向上多了一个额外的力。到底是谁对电荷做功呢？显然是电场对电荷做功了。那么电场又是什么？根据牛顿第三定律，即，物体的力和反作用力总是相等的，可以推断电场本身是一种暗物质，否则无法解析清楚谁对电荷做功，也无法解析电荷的反作用力给了谁。

如果两个同种电荷被连接在一起，然后做减速运动，那么电荷的受力情况是怎样的呢？

如图 3所示，P1和P2是同种电荷，当静止时，P1受到的力为F，方向垂直向上。如果P1和P2以减速度运动，那么在一定时间t内运行到A'和B'位置。B''是假设电荷以速度v3匀速运动的位置。电场传播是需要时间的，此时，P1在A'位置受到电场力实际上是P2在B位置激发出来的电场E产生的。P1存在减速度，在P1看来，仿佛电场是P2从B''位置激发出来的E'，所以，P1受到的力为F'（减少了），方向朝右上方。

如果P1和P2之间的距离为L，减速后运动速度为v2=0，减速度为a，场传播速度为c，那么A和A'之间的距离d是固定的。也就是说，在时刻t1，P2激发的电场，必然在t2时刻打到P1。t1和t2之间的时间t是固定的，

。打到P1的电场的速度的水平分量v3必然大于v2且小于v1，如果小于等于v2或则大于v1，那么就无法撞击P1。也就是说，P2发出的电场，只有其速度的水平分量大于v2且小于v1才能撞击到P1，其它方向的电场是无法与P1相遇的。又因为电场E的水平速度大于v2，所以在P1看来，仿佛电场是P2从B''位置激发出来的E'，且电场强度变弱。

同样，如果是同种电荷做减速运动，那么电荷P1和P2都存在一个向右的额外加速度。这个加速度同样是电场赋予的。因此，不管是同种电荷和还是异种电荷，都可以通过减速或者加速获得一个额外的做功，这个做功就是暗能量的获取。换句话说，可以通过对电荷进行加速或者减速来获取暗能量。

下面开始谈论怎样才能有效地获取暗能量。

为了方便后续的描述，在这里先定义一些术语。

在场中运动的物体。观测者的运动速度不同，观察到的场强不同，场对观测者的作用不同。

场传播速度的一个分量，这个分量的方向与观测者的运动方向相同，使用Vt表示。

场切线速率与场传播速度速率之比，使用R表示。

场切线速度减观测者速，使用Vr表示。

场切线速率与场传播速度速率之比，使用Rr表示。

观测者观测到的与其运动方向一致的场强，数值上

，其中，E为观测者不运动时观察到的场强，c为场的传播速度。

为了简化问题，现在假设两个异种电荷被连接在一起，速度从0开始做加速运动。

如图 4所示，电荷从速度0开始以速度a进行加速运动。当运行一段时间t秒，电场到达A'，这时P1受到的电场力为F'，方向朝右下方。假设电场的传播速度是c，那么可以近似推导F'的水平分量公式。

故，相对电场切线分量比等于：

公式1

如公式 1所示，因为加速度a不可能很大，L也不可能很大，所以Rr值很小，电场力F'的水平分量小的可怜。因此，想开发和利用暗能量相当困难。现在看能否积少成多。

现在先看看圆周运动情况如何。

把异种电荷P1和N2安装在一个圆盘上，圆盘顺时针旋转。

如图 5所示，A和B处分别是异种电荷P1和N2，在一定时间t内运行到A’和B’。圆半径是r，AB的长度L，∠BOB’=∠AO’B’大小为θ，角速度ω，P1和N2的线速度为v。

现在推导电场在A’和B’的相对切线场强。

也就是说，如果两个电荷静止时相互间的库仑力是1牛顿，那么当转速达每秒100转时，每个电荷获得切线方向的额外的力为2微牛，总受力4微牛。

从以上推导可知，如果提高角速度ω，那么可以获得较大的切线分量；遗憾的是，物体转速是有极限的，不能无限增大，速度越高，摩擦越大，损耗越大。

另外，减低c值也是一个选择。使用高折射率晶体隔开电荷，从而降低c值，这依赖材料科学的发展。

第三个选择是加强电荷之间的相互作用力。

第四个选择是在圆盘上装满电荷对，通过积少成多的方法来获得较大的切线力。

下面讨论电荷之间是否存在相互削弱的情况，如果不存在，那么积少成多的方法是可行的。

把异种电荷放在圆盘的同一面上，研究他们之间的相互作用。

如图 6所示，异种电荷分布在两个同心圆上，圆心为O，A和B位置分别是异种电荷P1和N2，C和D位置分别是异种电荷N1和P2，A、C位于大圆的弧上，C、D位于小圆的弧上，大圆半径为r1，小圆半径为r2，∠COA大小为θ。圆盘顺时针转动，角速度ω，经过特定时间t1，P1和N2运行到A’和B’，经过特定时间t2，N1和P2运行到C’和D’。图中，绿色线表示产生顺时针力矩的电场线，红色线表示产生逆时针力矩的电场线。

电荷N1在C位置激发电场，经过t1时间穿过A’，电荷P1在A位置激发电场，经过t2时间穿过C’。显然，在N1观察到A激发的电场速度大于P1观察到的N1激发的电场，因此N1受到P1的吸引力大于P1受到N1的吸引力。因此，圆盘增加了一个额外的顺时针力矩。

同理可以推导处P2受到N2的吸引力大于N2受到P2的吸引力。因此，圆盘增加了一个额外的顺时针力矩。

从图可以看出，N2对N1的作用是红线，即降低圆盘的转速，P2对P1的作用是绿线，即提高圆盘的转速。到底哪个作用大一点呢？

P2观察到P1电场的切线场强分量（逆时针分量）推导：

N2观察到N1电场的切线场强分量（顺时针分量）推导：

因为电场与距离平方成反比，故

N1在B’处激发的电场（顺时针）除以P1在D’处激发的电场（逆时针）：

逆时针减去顺时针的分量比差：

因此，逆时针的分量大，P1对P2的作用大于N1对N2的作用。

同样可以推导，N2对N1的作用大于P2对P1的作用，逆时针的分量大。

同样，经过推导，发现P1对N2和N2的P1的作用都是顺时针作用，和为

同样，经过推导，发现N1对P2和P2对N1的作用都是顺时针作用，和为

经过以上推导可知，同一面上相邻两个同心圆上的电荷存在吸引也存在排斥，会增加顺时针力矩也会增加逆时针力矩，他们之间的作用相互抵消。在同一个圆上的异种电荷之间的相互作用会增加顺时针力矩。因此，在同一平面上，可以在不同的同心圆上交错地放置异种电荷，不会阻碍圆盘的转动，这样就可以实现积少成多。

以上推导都是使用电场来进行的，但是电场不好实现，磁场更好实现。下面展示一个理论上可以抽取暗能量的装置。

图 7是使用永久磁铁来获取暗能量的示意图。因为积少成多是可以的，所以在圆盘上交错地排列着磁铁，然后顺时针转动就可以获取到暗能量。根据推导可知，场强越强，获得额外力矩就越大。如果想获取更强的磁场，那么可以考虑电磁铁，不过要考虑损耗的电能多还是获取到的暗能量更多。

图8是一个最简单的磁动机，由转动磁铁和固定磁铁构成。转动磁铁在A和C受到的磁场力是不相等的。转动磁铁是观察者，在A时，转动磁铁向着固定磁铁运动，因为他的运动方向迎着磁场的传播方向，所以他观察到的结果是磁场变强了，受到的吸引力增大，大小是：F* (1+v/c)，其中，F是他在这个位置不动时受到的磁场力；在C时，转动磁铁远离固定磁铁，因为他的运动方向与磁场的传播方向相同，所以他观察到的结果是磁场变弱了，受到的吸引力变小，大小是：F* (1-v/c)，其中，F是他在这个位置不动时受到的磁场力。在B时，他观察到一个横向的磁场，所以他受到一个横向的磁场力，大小是：F*v/c，其中，F是他在这个位置不动时受到的磁场力。从以上分析可知，v速度越快，额外受力就越大。我把这种效应叫做“观测效应”。

本文已经比较系统地介绍了如何获取暗能量。由于场传播速度很快，导致获取暗能量比较困难，但是，至少理论上可以获取暗能量。是否能够顺利地获取暗能量离不开实验的不断改进。下一步，本人将探讨如何利用暗能量来实现无工质推进。

本文存在错误的地方，如果弄懂我写的《场子论》就会发现。