弗里德曼方程

终于

西南北中

学校

街道

从静默中

走来

举起“弗里德曼”方程

我们宇宙未来四种可能的命运，最后一个似乎是我们生活的宇宙，由暗能量主导。

那么，最大的问题是为什么。为什么暗能量的存在——无论是以宇宙常数的形式还是非常接近的形式——意味着随着宇宙的不断膨胀，遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们?

不管你信不信，答案是，因为我们生活在一个受爱因斯坦定律支配的宇宙中，我们必须遵循这些定律，即使是那些违反直觉的部分。爱因斯坦在1915年首次提出了他最伟大的理论——广义相对论。人们立即开始研究这个理论。1916年，卡尔·施瓦茨希尔德提出了非旋转黑洞的解决方案。最重要的进展出现在1922年，当时亚历山大弗里德曼推导出了一个宇宙的通解，这个宇宙既具有各向同性(在所有方向上都是相同的)，又具有均匀性(在空间的所有位置上都是相同的)。

弗里德曼方程

即使在今天，他推导出的两个方程仍然被称为弗里德曼方程。幸运的是，我们只需要研究第一个方程，就能知道宇宙是如何根据能量的形式膨胀的。方程的第一项——最左边的一项——是哈勃膨胀率(平方)：测量空间结构在任何时刻拉伸的速度。

方程中所有其它项都表示:

所有的物质,

所有的辐射,

所有的中微子,

所有的暗能量(如果它是宇宙常数，就是最后一项)

所有你能想到的能量形式，

紧随其后的是倒数第二项——空间曲率的大小——它是由所有形式的能量与膨胀率之间的平衡或不平衡程度决定的。

在一个由物质(上)、辐射(中)和宇宙常数(下)主导的宇宙中，能量密度如何随时间变化。请注意，暗能量不会随着宇宙的膨胀而改变密度，这就是为什么它会在后期主导宇宙。

这个方程告诉我们，由于暗能量密度保持不变，如果暗能量是真实的，膨胀率就不会下降到一定程度以下。暗能量密度项是一个常数，所以当宇宙足够膨胀时，其他所有东西的密度都可以忽略不计，膨胀率也会渐近于一个常数。对于我们的宇宙来说，这意味着膨胀率将永远不会降至55千米/秒/秒以下。

如果暗能量没有被吸引，它就不能促进宇宙的能量密度或宇宙的膨胀。第一个弗里德曼方程向我们展示了宇宙是如何膨胀的，以及膨胀是如何随时间变化的，但它没有解释为什么。但第二个弗里德曼方程却做到了，它是广义相对论中牛顿的F = ma的类比，它与我们通常思考事物的方式有着根本性的不同。

对于像暗能量这样的东西，压力很大而且是负的，随着时间的推移，宇宙会加速，而不是减速。

你马上会注意到的最大的不同是膨胀率随时间的变化方