暗能量如何加速宇宙？(4)

这就引出了一个大问题：“暗能量”究竟是如何做到的？它如何防止宇宙坍缩？它如何抵抗物质和其他形式的能量的引力？而且，毕竟，如果暗能量只是能量的另一种形式，它是否也会导致宇宙引力，导致引力坍缩？
为了回答这个问题，我们必须获得定量。

2017年，伊桑·西格尔（Ethan Siegel）在美国天文学会超级墙上的照片，右边是第一个弗里德曼方程。第一个弗里德曼方程详细介绍了左侧哈勃膨胀率的平方，它控制着时空的演化。右侧包括所有不同形式的物质和能量，以及空间曲率（最后一项），它决定了宇宙在未来如何演变。这被称为所有宇宙学中最重要的方程，由弗里德曼在1922年以现代形式推导出来。
图片来源：Harley Thronson（照片）和Perimeter Institute（构图）
你看到的，上面，有时被称为第一个弗里德曼方程：我自己经常称之为宇宙中最重要的方程。在你能想象到的任何宇宙中，那就是：
受爱因斯坦广义相对论的支配，
这是各向同性的（即在所有方向上都相同），
这是同质的（即在所有位置都相同），
爱因斯坦的场方程可以精确地求解，给你一系列方程。其中之一就是这个方程，它的力量在于，它将左手边宇宙尺度的变化与右手边的物质、能量和曲率（以及宇宙常数，如果你包括它）联系起来。
处理这个方程的最简单方法是假设没有曲率和宇宙常数，并想象你有一个宇宙，其中只充满了一种物质或能量。你会得到一个更简单的方程：一个简单地说宇宙尺度的变化（由左侧的H给出，技术上是“尺度变化”的平方，因为它是H²）到某种形式的能量密度（由右侧的ρ给出，因为我们正在设置曲率， k，以及宇宙常数Λ为零），我们甚至不必担心ρ前面的那些常数。