4-1
所以我們一直在努力解決這些關於宇宙的基本問題。現在正進入科學領域。我希望你已經意識到，這確實是人類試圖理解這些關於宇宙的基本問題的量化研究。這確實是科學發展過程中真正令人興奮的時刻。我們已經講完了三堂課，從日常生活開始到大爆炸。並誕生了元素和希格斯玻色子。然後剛剛完成了暗物質和反物質，這兩個問題仍然是懸而未決的問題。但您已經看到，我們現在正在透過多種方式解決這些問題。在最後一講中，我想談談暴脹和暗能量。暴脹是我們距離大爆炸最近的時刻。這個想法是，當宇宙誕生時，它實際上誕生得非常小，而一個稱為膨脹的過程確實將其拉伸到宏觀尺寸。同時，暗能量是一個較新的發現，宇宙似乎正在做一些與暴脹一開始發生的事情非常相似的事情。這種暗能量到底發生了什麼，確實與我們走向何方有關。因此，這種聯繫本身就很有趣，但也可以追溯到這些基本問題。這一切是如何開始的，它的命運又是什麼？因此，從暴脹和暗能量開始，第一個當然是暴脹。
當然，現在，根據通貨膨脹的想法在經濟學中經常發生，這表明價格可以多年來上漲，有時甚至呈指數級上漲。我們知道類似的事情在歷史上確實發生過很多次。所以，在檢視這段宇宙歷史的同時。我們在前兩堂課中討論的不是經濟學，而是所有這些內容。在第一講中我們談到了這個宇宙微波背景起源於宇宙38萬歲的時候。在第二講中，我們談到了這些元素在宇宙誕生大約三分鐘時開始在大爆炸中出現和產生的事實。然後，我們的存在也歸功於暗物質，我們在第三講中對此進行了討論。它大概是在宇宙誕生十億分之一秒時誕生的。我們的存在也歸功於希格斯玻色子，它被凍結在真空中，因為沒有它，原子就無法存在，我們也無法存在。當宇宙只有萬億分之一秒的時候，希格斯玻色子就被凍結在宇宙中。現在，我們今天談論的就是這個時代。這就是通貨膨脹。這確實是在一開始，就在大爆炸之後。正如您在這張圖片中所看到的，宇宙一開始非常小，但隨後通貨膨脹將其拉伸。所以這種尺寸的變化發生在非常戲劇性和經濟性的情況下
有效的方式。這樣，極其小的宇宙就可以在極其短的時間內被拉伸成極其巨大的尺寸。這就是我們要討論的通貨膨脹時期。當然，正如我所說，通貨膨脹這個詞出現在經濟學中。這，這顯示了歷史上一個不幸的事件。德國一戰結束後，物價實際上飆升了近一兆倍。我們都知道事後的後果。但五年內通貨膨脹一兆倍對德國公民產生了巨大影響。但我們今天談論的是宇宙中發生的事情。難道，那還不僅僅是萬億。可能還要多萬億倍。然而，在不到一秒鐘的時間內發生了更多的事情。因此，像病毒一樣小的物體的大小會一直擴大到星系的大小。這就是通貨膨脹的程度是多麼令人難以置信。正如我所說，一切都發生在不到一秒鐘的時間內。這就是宇宙膨脹對宇宙大小的影響。
那麼，當然，當被問到這個問題時，我們為什麼要談論這個？因此，從小尺寸到宏觀宇宙，暴脹的事實至少有 26 個數量級。在許多理論中，它甚至不止於此。
因此，它從一個非常簡單的問題開始，我們在第一講和第二講中談到了這個問題。所以當人們研究這個宇宙微波背景時，這是來自大爆炸本身的光。而且無論從哪個方向看，你仍然可以回望13億年前。你可以看到炎熱宇宙的溫度，並且可以測量它。因此，如果你朝這邊看，你就會以這種方式測量大爆炸的溫度。如果你這樣測量，你就可以測量大爆炸在那個方向、這邊、那邊等等的溫度。如果你把它們放在地圖上，它們看起來幾乎都是一樣的。
具有非常好的準確性。正如我們在之前的講座中也談到的。當你達到十級到零下五級時，溫度會有微小的差異。但是，你知道，一個很好的近似，它們都是一樣的，對吧？事實上，這提出了一個非常根本的難題。因為來自那個方向的大爆炸之光，在138億年後才到達我們這裡。但這道光卻始終沒有機會到達宇宙的另一端。這可能還需要 138 億年。而且他們之間從來沒有交流過。也就是說，宇宙的那一部分和宇宙的那一部分還沒有相遇過。
但他們怎麼知道他們必須有相同的溫度呢？不只是這兩個部分，那些部分，那些部分，宇宙各處似乎都有相同的溫度。但如果他們從未見過面，又怎麼可能如此安排呢？這實際上是一個很大的謎團。
所以我從別人那裡聽到了這些知識。這就像在世界不同地區發現了兩個偏遠島嶼。但如果你去那裡與當地人交談，他們說的語言也完全相同。它實際上甚至不是一種語言，因為我們談論的是十到負五的準確度。所以我想說這兩個島上的人甚至說著同樣的口音。這就是它們的相似之處。那你不必是人類學家就能提出一個理論，證明他們過去一定曾經互相交談過。
所以我們懷疑，宇宙的那一部分和宇宙的那一部分在某個時刻有過交流。所以他們可以自我安排，達到與我們今天看到的完全相同的溫度。那麼這怎麼可能發生呢？所以這就像把宇宙的起源從洗衣機拿出來一樣。宇宙一開始非常小，實際上比原子小得多。所以一切從一開始就崩潰了。
但通貨膨脹對你的影響是，你將這個宇宙拉伸到令人難以置信的程度，所以這就像用熨斗熨平布料一樣。所以一切都變得美好而光滑，而且比這件衣服最初皺巴巴的尺寸要大得多。但當一切都被壓縮成一個非常小的尺寸時，每個人都彼此靠近，他們真的可以互相交談。這樣，他們就可以將自己安排在我們所說的平衡狀態，也就是每個人在那個階段都有相同的溫度。儘管它們被拉長了，並且分開了138億年。他們仍然記得他們將自己安排成具有相同的溫度、相同的能量等等。這就是為什麼我們今天仍然看到宇宙的那一部分和宇宙的另一部分似乎具有完全相同的溫度。這就是通貨膨脹應該為我們做的事情。它，它解決了這個重大難題。為什麼宇宙的不同部分具有相同的溫度。
此外，這也解釋了我們之前看到的一些事情。我們在第一講就看過這部電影，只是嘗試飛越宇宙，根據實際數據，各個星系位於何處，具有什麼形狀和什麼顏色。我們從中得出的一個結論是，無論你走多遠，宇宙似乎都是相當均勻的。整個宇宙中沒有特別的地方，特別的地方。這就是我們所說的同質性。
宇宙的同質性意味著宇宙的每個部分看起來都幾乎相同。事實上，通貨膨脹對你的作用就是用熨斗撫平這塊皺巴巴的布。你知道，每個人[聽不清楚]都變得非常光滑和平坦。宇宙的這一部分和宇宙的那一部分之間沒有區別。所以它的作用是使整個宇宙均質化。這也非常好。
但同時，當我們之前查看這張地圖時，我們也注意到它或多或少是統一的。但有這些小皺紋。所以不完全一樣。宇宙有一點稠密的部分和一點稀疏的部分。大尺度上幾乎是均勻的，但到處都有這些小皺紋。我們也在宇宙微波背景中看到了類似的皺紋。所以問題是，通膨起作用了。一開始嘗試讓每個人互相交談，這樣他們就有相同的溫度。將皺巴巴的宇宙撫平成美好而光滑的空間，到處都變得均勻。但它也需要以某種方式產生這些皺紋，這是通貨膨脹應該做的另一項工作，我們稍後會討論這一點。
因此，我們使用之前使用過的想法來描述通貨膨脹的過程。同樣，我在這裡使用了一點微積分，如果你不熟悉它，你可以跳過這部分討論，但這基於我們之前的相同討論。因此，透過膨脹宇宙，我們所做的基本上是完全相同的事情，就是在這裡拿一塊球，然後將其向上推。而且，球的運動告訴你宇宙是如何膨脹的。我們使用了幾個問題，從牛頓的 F=ma 開始，還有萬有引力理論，這也歸功於牛頓。並且，加速度被定義為位置相對於時間的第二個相對值。因此，將它們放在一起，我們得出了這個方程，我們之前使用過它。
我們也注意到這種特殊的組合是保守的。可以這麼說，它基本上是宇宙的總能量。因此，使用這個方程，我們實際上可以大大簡化討論。
原因是，一旦我們使用我們在上一講中談到的精確宇宙學數據來測量這個總量。這恰好幾乎為零。因此，在接下來的討論中，我們可以將其歸零，所以我們可以說這確實為零。這給了你一個非常簡單的方程，即宇宙膨脹的速度是根據宇宙的總質量給出的。我們想將這個質量重寫為可以在本地測量的東西，即質量密度。每體積有多少質量。考慮一下具有這種圓形物體的宇宙，那麼內部宇宙的總質量將由球體的密度乘以體積得出，即 4 pi 除以 3 r 的立方。
因此，將它們放在一起，我們找到了這個方程，這個方程是我們將在其餘討論中使用的關鍵方程。因此，等式的左側告訴您宇宙膨脹的速度。所以 R dot 是 dR dt 的簡寫符號。所以時間是宇宙大小的導數。另一方面，等式的右邊討論的是質量密度或一般能量密度。因此，根據宇宙內部的物質，你可以知道宇宙應該以多快的速度膨脹。這個方程式非常重要，它被稱為弗里德曼方程式。如果我們無法遵循這一點，那也完全沒問題。
現在，使用這個弗里德曼方程，我們實際上可以在這裡進行一些非常簡單的近似。假設宇宙的質量密度在一段時間內是恆定的，它不會改變，它不是時間的函數。
然後我們把這個組合寫成一個數字，我稱之為 H 平方。
把這些放在一起你會發現只要這個H的平方是一個常數，它的平方根就是常數，那就是H。然後我兩邊都乘以R，然後我得到這個方程式。那麼，這些意味著時間導數只給出 R 前面的係數 H。
而且，您可以輕鬆驗證這一點。這個方程式的解是，宇宙的半徑或大小會隨時間呈指數成長。指數具有透過時間導數得出的因子 H。因此，這是假設質量密度或能量密度在一段時間內恆定的情況下該方程式的解。所以這確實是宇宙的指數膨脹，而這正是通貨膨脹所造成的。所以我們需要的是這種恆定的能量密度。一旦能量密度恆定，宇宙就會呈指數級膨脹。如果你仔細想想，這有點奇怪。因此，如果此時你有一定大小的空間，而你內部有能量。如果宇宙變得兩倍大。然後體積就會變大八倍。但由於單位體積的能量恆定，該體積中的總能量現在增加了八倍。因此，隨著宇宙的膨脹，體積呈指數級增長，然後內部的能量也呈指數級增長，這進一步推動了膨脹。所以他們互相餵養。空間的大小和能量相互影響。這將使宇宙繼續呈指數級膨脹。所以這幾乎就像一頓免費的午餐。我們稱之為終極免費午餐。我們必須知道，任何免費的午餐都會有一個問題。事實上，這個問題被證明是量子力學的不確定性原理。
那你一定聽過這個詞，什麼是測不準原理。
4-2
因此，我們談論通貨膨脹幾乎就像是終極免費午餐，但正如我所說，免費午餐有一個陷阱，而這個陷阱就是一個不確定性原則。事實證明，這種不確定性原則是一個陷阱，但實際上是一個積極的陷阱。它實際上幫助我們了解當今宇宙的結構。因此，基於這樣的想法，物理學並不總是確定的。它存在不確定性。
所以這實際上是人們可以透過在螢幕上發射電子來完成的實驗。想像一下這些槍已經發射了電子，但你不知道如何真正瞄準它，所以這是隨機射擊。所以你握緊你的槍。你知道，只要有可能，你就不斷地開槍，但你並不知道你到底要瞄準哪裡。所以這完全是隨機的。
並且，假設有一個您想要點擊的畫面。但螢幕和你之間還有另一面牆，牆上有兩個洞。
如果你繼續這樣做，你知道，你會認為還好。當我在這裡開槍時，如果我在這裡開槍的話，就會撞到牆上。它不會一直出現在螢幕上。只有當我在這個洞前面開一槍，然後子彈穿過牆壁擊中螢幕時。所以，這裡會有很多鏡頭。如果我也在這裡做同樣的事情。如果我在牆上的洞的前面開槍，那麼子彈最終會到達螢幕。再說一遍，我們在這裡看到了很多鏡頭，但中間沒有任何鏡頭。這裡什麼都沒有，下面什麼都沒有。這正是您所期望的。正確的？大約四個世紀以來，這就是我們物理學家的想法。因此，當物理學被認為是確定的時，當你開槍時，你確切地知道它會落在哪裡。
但如果你真的用電子這樣的微小物體來做這個實驗。所以如果你觀察微觀世界，事實並非如此。那麼讓我們在這裡觀看這個影片。
現在，我們正在監視器上查看探測器平面。
亮點到處出現。這些點表示單一電子。電子只是偶爾發出。因此，在顯微鏡下發現一個電子的機會很小。
更不用說，找到兩個的機會。由於電子被一個接一個地檢測為粒子，我們必須得出結論，每個電子一定是隨機通過雙棱鏡的兩側，從而在累積時形成均勻分佈，沒有任何干擾。
在這樣的條件下，電子會形成均勻分佈嗎？
但是看！我們開始在垂直方向上看到一些看起來像是乾涉條紋的條紋。由於這個實驗持續了30多分鐘，我加快了電影的速度。
干涉條紋現在清晰可見。這不是不可思議嗎？所以每次你開槍時，你根本不知道它會落在哪裡。我相信，對你來說，這看起來完全是隨機的。但過了一段時間，你會發現一種模式正在出現。這種模式是我們物理學家可以預測的。所以它並不是完全隨機的，有一定的規律性。但每次你都可以預測。所以從這個意義上來說，物理學確實是不確定的。您並不確切知道一項實驗會發生什麼事。但如果你繼續進行數百萬次實驗，你就可以預測結果的模式。這就是微觀世界實際上所做的事情。為了描述這種奇怪的情況，我們需要一種叫做量子力學的東西。這就是支配微觀世界的物理定律。因此，即使每個電子都是一個粒子，當你發射它時，它會落在一個非常特定的位置，因為它是一個點。但是，當您看到一天結束時出現的這種模式時，它看起來實際上就像波浪，這是您可以做的實驗。所以，如果你有一根軟管，你可以將水射入池塘，水落在這裡，而另一個人在那裡做同樣的事情。每次注入池塘的水都會產生漣漪。它從這裡開始。它從那邊做。但是當兩個波相互重疊時，你就會看到這種條紋圖案。這稱為波的干涉。干涉這個詞聽起來不太積極，但你看到的是波深度的規則變化。這就是乾擾的影響。所以我們在上一張投影片的實驗中看到的是，我們認為電子是一個粒子。但透過這個實驗，我們看到了一種模式，顯示電子其實是一種波。另一方面，我們總是使用光是波的說法，但它也表現得像粒子。所以粒子就是波，波就是粒子，這就是量子力學告訴我們的。奇怪的是，當你記得上一張投影片時，電子實際上可以同時穿過兩個不同的孔。如果只有一個孔，那麼電子知道要通過哪個孔，那麼就不可能出現這種有趣的條紋圖案。因此，當你將一個電子扔進那堵牆時，一個電子實際上同時穿過兩堵牆——兩個孔。這非常違反直覺，但這正是這個實驗所證明的。
因此，如果您實際上以這種方式沿著特定位置測量電子，您確實會看到條紋圖案的出現。
這就是量子力學的作用。亞原子尺度的物理定律內建了這種不確定性原理。但隨著時間的推移，你會發現規律的模式。我們能夠理解這個實驗的唯一方法是你必須接受這樣一個事實，一個粒子，例如電子，其行為就像波一樣。
而像光子這樣的波則表現得像粒子。
一旦你知道了這一點，你也會學到其他東西。也就是說，如果電子是波，那麼當電子被擠壓到狹窄的空間時也是波。波被放大。例如，這就是為什麼海嘯等於地震後的災難。當波浪進入狹窄的山谷或狹窄的海灣時，它被限制在狹小的空間中，波浪會放大並在世界的某些地方造成破壞。所以，當你考慮小空間時，波往往會變得更大，而這正是通貨膨脹的作用。當你在膨脹期間，假設你正在看你旁邊的一個物體。但由於宇宙正在如此迅速地伸展，你認為是你的鄰居的東西現在已經遠遠超出了一定的距離。所以你現在感覺自己近視了。你只能看到離你非常非常近的東西。所以你被限制在一個非常狹窄的空間。我們之前討論過的這個常數 H 可以告訴你宇宙以指數方式膨脹的速度。這告訴你這個空間有多大。所以在通貨膨脹期間，你真的是目光短淺、短視。你，你，你能看到的唯一的東西就是你周圍的東西。因為你被限制在一個狹小的空間裡，所以現在波被放大了。也就是說，存在著很大的不確定性。這就是為什麼在暴脹期間，這些量子效應表現出巨大的不確定性，因此，也表現出巨大的波浪尾跡。
你可以在計算機上模擬這個所以，當你想到真空時，你會認為那裡完全是空的。正確的？但是當你使用這種量子不確定性原理進行電腦模擬時，真空並不是空的，而是活躍的。是這樣的。所以能量一直不斷地進出。因此，如果你在這裡，你可以藉能量一段時間，但你必須同意將其歸還。或者也許你借給了別人一些能量，你需要給它——再收回它。但只要最終一切都能透過節約能量而實現，那就沒問題了。你可以藉出能量。你可以藉用能量，還有真空，我們認為是空的其實一直在做。
那麼如果你把這些東西放在一起，會發生什麼事呢？所以你就有了這個真空，它一直在藉出和借入能量。然後，宇宙膨脹也會如此迅速地膨脹。現在，如果你把這些東西放在一起，你會發現一些非常有趣的東西。所以我們認為宇宙誕生時非常小。整個可見宇宙小於10至負26厘米，比原子核的大小小得多。因此，在那個狹小的空間範圍內，存在著很大的不確定性原理在起作用，並且您一直在不斷借入和借出能量。但是，假設你將能量借給別人。但宇宙很快就會被拉伸，你借給你能量的人現在已經離你很遠了，你再也無法收回它了。假設你從別人那裡借了能量，那麼你需要回饋能量的人現在已經永遠消失了。再一次，你被借來的能量困住了。因此，結合不確定性原理和空間的快速膨脹，你最終會陷入這裡能量稍多、這裡能量稍少的小變化。而且你實際上不會將它們再次放回平滑的空間，因為你做不到。他們只是彼此相距太遠。這就是你被能量漣漪困住的方式。這裡你多一點，這裡你少一點。不過，我們談論的是 100 公尺深的海洋上 1 毫米至 1 毫米的波紋，即 10 到負 5。由於宇宙以指數方式膨脹得如此之快，這些漣漪不斷被宏觀尺寸拉伸。這就是我們相信這些微小的溫度變化是如何產生的。因此，通貨膨脹產生了這些不確定性原理和從這裡到那裡的小能量漣漪。這被印在宇宙微波背景的溫度圖上。這些微小的溫度變化具有較小的溫度—暗物質的密度變化。而密集的部分會累積更多的東西，差異不斷擴大。一天結束時，你會看到時空中的這些皺紋。因此，宇宙有緻密的部分，宇宙有稀疏的部分，這就是我們今天認為宇宙結構形成的方式。也就是說，今天的星系中有恆星這一事實。我們把這歸功於暴脹期間的不確定性原理的量子噪音。
所以這是一個非常令人難以置信的想法。而我們今天看到的超過數百萬光年的結構實際上源自於真空在 10 到負 26 公分的漲落。這確實是通貨膨脹的作用。但我們怎麼知道這是真的呢？那麼，如果這是真的，我們是否可以做任何測試來證明我們今天看到的這些結構確實來自這種微觀量子雜訊？所以想一想。
4-3
那麼用什麼方法來檢驗這個想法呢？這真是、近乎瘋狂的想法。我們今天在宇宙中看到的這種宏觀結構實際上是來自負26厘米或更小的十分之一的微小量子噪聲。
關於這種量子噪聲，我們知道一件事。當我們實際觀察這個用槍穿過牆壁射擊的實驗時——牆上的洞射到螢幕上。確實，一切都是隨機的，對嗎？因此，隨機性意味著機率應該遵循簡單的鐘形曲線。這就是鐘形曲線。當你和人們談論人口成長和許多其他統計數據時。大的統計數據總是意味著你有這種貝爾曲線。這代表了完全的隨機性。那我們可以測試一下嗎？事實上，我們可以。所以你能做的就是看看這張溫度圖。查看所有可能的方向，您可以測量來自大爆炸的溫度。然後數一下「好吧」的數量，有多少人說——溫度升高 10 到負 5，降低 10 到負 5。你不斷地繪製數字作為溫度的函數。所以這裡的橫軸告訴你溫度與平均值有多少差異。所以這裡，is- 是典型變化的兩倍。在這裡，它比典型的溫度變化小兩倍。事實上，你看到了一條美麗的鐘形曲線。
所以這告訴你，宇宙微波背景溫度的變化確實來自宇宙極度微小時的量子雜訊。當微觀物理定律（即量子力學）發揮作用時。所以看起來我們現在有一組非常好的證據證明暴脹產生了這種量子雜訊。量子雜訊最終導致宇宙微波背景的溫度變化。這種溫度變化最終導致了恆星和星系的形成，所以現在一切都連結在一起了。所以我們似乎是從量子噪音中誕生的。
但當然，我們想進一步測試這一點。我第一天提到的來自普朗克衛星的最近測試實際上是此類測試的開始。而且這種情況越來越強烈。
現在，您想了解另一個問題。那麼能量密度在一段時間內保持恆定怎麼可能是真的呢？這個想法是這樣的，而且這些幻燈片都有點技術性，所以如果你不想遵循它，也沒關係。所以這就像球剛從這座山上掉下來一樣。讓我再次展示這一點。所以，如果你有一個球坐在山上，從這裡稍微滾下來，那麼它就會開始這樣做，但同時，宇宙實際上呈指數膨脹。現在，這是為什麼呢？好吧，如果球下落的速度非常非常慢。然後有一段時間，我們有這種能量坐在那裡，沒有太大變化，假設它非常慢。情況就是這樣。你有或多或少恆定的能量密度。不完全恆定。因為球一直往下坡走。能量變得越來越小。但只是非常緩慢。因此，從一個很好的近似值來看，當球慢慢滾下山時，能量密度實際上是恆定的。事實上，這就是實際發生的情況。因此，如果你認為這種潛力正在減弱。所以它幾乎是平的。坡度較不平坦。那麼球就不會很快被拉下來，所以它會非常緩慢地滾下山。如果你把它代入一個方程式。你會在這裡找到這個方程，它顯示宇宙本身的膨脹其實就像糖蜜一樣。而且它實際上並不會讓球快速落下。它有點試圖在途中阻止它。它的作用類似摩擦。因此，當球因為摩擦而不斷下坡時，它就不可能跑得很快。它不會加速。所以它只是非常非常緩慢地走下坡路。因此能量密度保持較小且恆定。如果你把這些方程放在一起，這個方程和我們幾分鐘前討論的弗里德曼方程，然後你會發現這個結果。
能量密度就是由位能的高度給出的，然後 和 ，宇宙呈指數膨脹。
並確保我們理解為什麼整個宇宙現在看起來如此光滑和平坦。那你需要讓這個指數展開超過 60 的指數。一旦你實現了這一點，那麼你就會得到我們今天討論的所有內容的解釋。即為什麼宇宙的不同部分似乎具有幾乎完全相同的溫度。宇宙為何如此光滑平坦。但同時，宇宙似乎也有這些皺紋。所有這些東西都可以透過一個球緩慢地滾下山坡而連結在一起。這個球或粒子被稱為暴脹子，它是造成宇宙暴脹的粒子。
但仍有許多謎團，那麼這個暴脹子到底是什麼？通貨膨脹是誰造成的？什麼時候發生的？膨脹了多少？我們能拿出一個明確的證據來證明這個想法嗎？所以我們也想解開這些謎團。
事實證明，一個線索是，當暴脹發生時，它不僅引起了真空的波動。它還在時空本身中產生了皺紋和漣漪。
這就是所謂的重力波的性質。空間和時間本身就有皺紋，並且像波浪一樣傳播。因此，如果我們夠努力的話，我們今天仍然可以檢測到這種波。因此，當你擁有這種宇宙微波背景時，它只是你記憶中的一種光形式。它是一種無線電波，但與光相同。我們受益的一件事是帶有偏光鏡片的太陽眼鏡。這可以非常有效地阻擋來自表面的眩光，因為眩光具有偏振性。這意味著電場僅橫向振盪。因此，如果你阻止橫向運動，只讓垂直運動通過。這是一種特殊的太陽眼鏡，你可以購買，這樣你就幾乎完全隔絕了眩光。但你可以看到其他一切，因為它們大多數都具有水平和垂直極化。您可以使用這些偏振來分離不同類型的光或無線電波。其中之一稱為 E 模式。看起來好像有東西從一個點中浮現出來。另一種稱為 B 模式。看起來好像有東西在捲曲。事實證明，這種 E 模式可以在沒有這些時空波紋的情況下產生。但 B 型不能。因此，如果你設法檢測到這種極化模式，那將是一個很好的證據，證明通貨膨脹確實產生了漣漪。不僅是整體能量，也包括空間和時間本身。這將是通貨膨脹確實發生的明確證據。您甚至可以同時測量通貨膨脹發生的時間。有許多實驗試圖這樣做，這裡是這些實驗的部分清單。因此，只要重複一遍，就會得到量子噪聲，包括引力子，也就是空間和時間的漲落。這將導致宇宙微波背景的 B 模式偏振。這個波動有多大，這個B模式有多大，與通貨膨脹發生時的能量規模有直接關係。這與事情發生時的說法是一樣的。這些實驗正為此做好準備。所以我要告訴你，只有一個名為 LiteBIRD 的實驗，日本社群試圖在未來幾年的某個時候啟動。這將是一顆衛星，它確實致力於研究宇宙微波背景的 B 節點偏振。這可能對真正看到通貨膨脹的明確批准具有敏感性。這又是我們之前討論過的角度尺度 所以，如果你這樣走，你就會看到整個時空的全局。如果你以這種方式觀察，那麼你就會以較小的角度尺度觀察不同的點。
許多暴脹理論都預測B模的大小在這個範圍內，而LiteBird實驗可以深入這個部分。
所以如果這些理論的預測是正確的，那麼LiteBIRD實驗應該可以證明B模式優先順序確實存在。這將是一個非常好的、強有力的證據，證明暴脹確實發生了，不僅產生了這些能量的漣漪，而且還產生了空間和時間本身的漣漪。這就是我們試圖更好地理解這段暴脹時期的方式，現在我們可以回溯——一直回溯到宇宙極其微小的那一刻。時間尺度大約是 10 到負 334 秒。我們不知道它到底是什麼。正如我告訴你的，我們現在想測量它，但它發生在宇宙歷史的非常非常早期。個人在很短的時間內伸展了令人難以置信的程度。並將這種量子噪音植入整個恆星、星系和我們的空間、時間和能量中。可能已經過去很久很久了，138 億年後。這就是我們認為宇宙誕生之初發生的事。現在我們換個思路來思考未來可能發生的事情。您可能會注意到這裡正在擴張，但現在速度正在加快。所以這裡正在發生一些事情，最近在宇宙的大故事中，宇宙實際上正在加速。造成宇宙加速的因素稱為暗能量，這就是接下來的主題。
4-4
因此，我們討論了很多關於如何理解宇宙起源的問題。我們從宇宙微波背景開始，這讓我們回到了宇宙 38 萬年前的階段。然後，我們也觀察了原始的化學元素，發現氦是在宇宙誕生僅三分鐘時就形成的。當宇宙的時間只有十億分之一秒時，暗物質讓我們回到更遠的時代，當宇宙的時間只有萬億分之一秒時，希格斯玻色子就凍結在宇宙中。反物質，如果這個關於石中微子的想法可行的話，會讓我們回到最初，暴脹之後，我們不知道確切的時間尺度是多少。還有暴脹本身，暴脹為我們今天看到的結構播下了種子，導致了恆星和星系的形成，它們是在暴脹時種下的，這就是我們能回到宇宙起源的最遠的距離了。現在我們將換個角度來思考宇宙的未來。這是非常基本的問題之一。當你思考宇宙好嗎？什麼時候才會有結束呢？或者它會永遠持續下去嗎？宇宙的命運是什麼？這是一個非常自然的問題。當然我們也很有興趣知道答案。
現在，我們討論了宇宙如何膨脹。正如我告訴你的，愛因斯坦告訴我們宇宙的膨脹。與握住一個球並向上推它是一樣的。
所以球的樣子，一開始就有一個推力，對應大爆炸。球如何不斷升入天空，告訴你宇宙如何膨脹。考慮到這個類比，很容易看出球在上升時應該變得越來越慢，因為重力只會拉，而不會推。所以我們總覺得，宇宙應該要減速，應該減速而不是加速。或加快速度。這就是愛因斯坦相對論的預言，也是我們七年來一直相信的。
因此，相信情況確實如此，那麼宇宙可能只有三個可能的階段，我之前談到過這一點，但讓我在這裡重複一遍。因此，如果有足夠的引力，如果我拿著一個球，將其向上推，那麼它會持續上升一段時間，但最終會停止，並繼續上升，然後返回並轟鳴，落到地面上。這就是宇宙的一種可能的命運。它上升一段時間，減速，然後停止。回來並繁榮。這就是大危機。我們討論過這個。
但如果你真的用火箭施加初始推力，那麼球可能會逃脫地球的重力，然後可能會永遠繼續下去。就是這條紅色曲線。所以在這種情況下，宇宙不會有終點。只是永遠不斷地擴張，就像自由運動。
恰好處於兩種情況的中間，這正是正確的初始推力。這幾乎無法讓你擺脫地球的引力，然後滾動到最後停下來。但同樣，在這種情況下，宇宙不會有終點。那我們想做的事情很簡單。我們想透過向遠處看來衡量我們所處的曲線，這意味著你可以回顧過去。
透過觀察附近的宇宙如何膨脹來測量宇宙最近如何膨脹。如果你測量宇宙是如何在遙遠的地方膨脹的，那麼你就是在測量宇宙在遙遠的過去是如何膨脹的。透過連接這些點，您可以知道自己處於哪條曲線上。一旦你知道自己處於哪條曲線上，你就可以預測未來並告訴宇宙的命運，這就是我們樂意做的事情。
事實證明，這三種情況對應了宇宙的三種不同形狀。如果宇宙是平的，我們就應該處於這條曲線上。如果宇宙以這種奇怪的方式彎曲，我們就應該在這條曲線上。另一方面，如果宇宙有點像球體，那麼我們應該位於這條曲線上。在這種情況下，我們面臨大危機的時間不僅有限。空間也有限。所以在這種情況下，如果你繼續乘坐太空船沿著這條路走，最終你會發現自己從另一條路回來，就像麥哲倫在環球旅行中所做的那樣。如果你繼續沿著這條路走，你可以從另一個方向回來。因此，了解宇宙的形狀是非常有趣的，這也與宇宙未來的命運有關。所以這個問題才引起了很多人的注意。人們想透過測量擴張速度來測量我們處於哪條曲線上。遠的和近的，比較一下。這確實是人們所做的測量。
但有一件事是明確的，如果宇宙正在減速，未來的觀察者將會度過一段非常愉快的時光。因為越來越多的物體會進入我們的視線。所以，未來的觀察將會比我們今天的樂趣更有趣。但是，一切都在 1998 年發生了變化，人們發現宇宙實際上正在加速，我們想談談它。那麼，這個暗能量到底是什麼呢？
4-5
所以，正如我已經告訴過你的，人們想知道等待我們的命運是什麼。而且，人們知道三種可能的曲線，人們試圖測量遠古和最近的宇宙膨脹。透過比較它們，我們想知道我們處於哪條曲線上。
但在 1998 年，當人們試圖精確地進行這種測量時，結果令人驚訝。你發現宇宙不是在減慢速度，而是變得越來越快。它正在加速。我們並不真正知道它的原因，但我們實際上給它起了個名字，可能是加速宇宙膨脹的東西，那就是暗能量。
所以，人們所做的就是真正按照我告訴你的去做，透過測量能量並導致宇宙加速，或者相反，透過測量宇宙如何膨脹，人們想要確定是什麼能量導致宇宙加速，這是唯一的方法我們可以理解暗能量正在充滿整個宇宙，在某種程度上就像希格斯玻色子一樣。但它確實對宇宙的膨脹速度做出了貢獻，而且它無所不在。
所以人們實際上得出這個觀察結果的方式是使用了一個非常聰明的技巧。因此，被稱為 Type-1a 超新星的天文物體，它是一顆恆星在生命結束時的爆炸，它必須出現——實際上來自一個雙星系統，即我們有兩顆恆星相互旋轉，一顆恆星實際上透過提供物質進入另一顆恆星。一旦另一顆恆星變得如此沉重以至於無法再維持自身，它最終只會為你帶來一場大爆炸。這會為你一個月左右的時間帶來強烈的光芒。
即使在非常非常遠的距離，你也可以測量這種 1a 型超新星，因為它們非常明亮。一顆超新星變得與整個星系一樣明亮。
那太好了，因為如果是的話，如果你能在距離我們很遠的時候觀察到它，你就可以在星系實際上距離我們數十億光年時研究它們，這會告訴你一些關於它們遠離我們的速度的訊息，這告訴你宇宙在數十億年前是如何膨脹的，對嗎？這樣，我們就可以測量遠離我們的膨脹率。我們幾乎知道它們有多亮。所以如果你看到其中一個東西，他們會說，好吧，你知道，這是一個 100 瓦的燈泡。所以，如果這個 100 瓦的燈泡，如果你覺得它很亮，那就代表它離你很近。如果那看起來很暗或昏暗，那麼它離你很遠。只是，只要測量它的亮度，你就可以知道這個燈泡離我們有多遠。 1a 型超新星也是。因此，根據它看起來有多亮，你可以測量它的距離，當然，就宇宙而言，這意味著它爆炸的時間有多遠。所以，這是 1a 型超新星的一個非常好的特徵。另一方面，如果你測量它的顏色，正如我們之前討論的那樣，顏色變紅了。因為它已經擴大了。它的延伸相當於宇宙本身的廣度。這就是我們在第一講中談到的網格的橡膠板。
因此，透過測量顏色，或者更精確地說是光譜，您可以測量自超新星爆炸以來宇宙膨脹了多少。所以你有關於時間的資訊。您有關於擴充的資訊。把它們放在一起，你就得到了有關膨脹歷史的信息，這就是人們如何認為宇宙的膨脹實際上正在變得越來越快，這對我們所有人來說都是一個巨大的驚喜。這是 100 瓦的燈泡，它為我們提供了以下數據。
也就是說，宇宙將在圖的這一側加速，並在圖的另一側減速。我們過去認為宇宙只有物質，那就是100%，在這個方向上沒有暗能量。而且，正如我們之前談到的那樣，這種宇宙應該會減慢宇宙的膨脹速度，而這確實是在情節的減速部分中。
但數據顯示你在這裡。你確實有物質，其中大部分是暗物質，相當於宇宙的 25%。但如果你在這裡的話，這本身並不能解釋加速擴張。你需要將宇宙的 75% 置於暗能量中。這樣宇宙就可以加速。所以你可以看到整個宇宙基本上都是由兩個泰坦之間的戰鬥決定的。一個泰坦是暗物質，另一個泰坦是暗能量，這種競爭似乎告訴我們宇宙是如何演化的。以及未來將會發生什麼。
這個測量給了你這個令人難以置信的、有趣的情節。這顯示了宇宙自那時起如何膨脹，稱為哈伯圖，透過擬合這些數據，您可以知道宇宙中我們需要的暗能量的量。與我們在宇宙中需要的暗物質的數量相比，透過按需測量這些超新星，這實際上是一個非常聰明的想法。
你永遠不知道超新星會在何時何地發生。但繼續覆蓋天空的相當大一部分，至少有很大的機會發現一個。然後你建立一個系統，但一旦發現一個系統，你就會用其他望遠鏡追蹤它，並非常精確地測量它的光譜和亮度。這確實是我在柏克萊和其他團體的常駐同事所做的事情。
透過測量單一超新星消退的速度，時間尺度將準確地告訴你單超新星有多亮，這是基於研究附近超新星的一些經驗數據。人們了解了許多關於環境的其他影響，如金屬豐度、粉塵消光等。但事實證明它們並不那麼重要。在某種程度上這很重要，但改變宇宙實際上正在加速的結論並不那麼重要。
這是最新的數據，是會議上展示的數據的總結。
所以擴張速度越來越快。那麼愛因斯坦的這個最初想法有什麼問題呢？它告訴我們宇宙應該減速，但現在我們知道它實際上正在加速。
這種想法其實是最近才發生的。在宇宙誕生之初，它確實在減速，有數據顯示這一點。但它最近開始加速，最近是在 70 億年前。
那麼，這意味著什麼呢？因此，如果你認為球被向上推，它會減速一段時間，但在某個時刻它開始加速並變焦，它只會越來越遠。所以不知何故，能量正在增加。球正在加快速度，獲得更多能量。我們不知道這種能量是什麼，這就是為什麼我們稱之為暗能量。看起來幾乎就像是無窮無盡的能量來源。它對一般科學討論產生了巨大影響。有些人甚至懷疑，如果你得到這個奇怪的結論，也許我們信任愛因斯坦這個人出了什麼問題，這就是為什麼我們會得出這個非常非常奇怪的結論。也許他錯了。嗯，很多人試圖改變愛因斯坦的理論以適應這種擴張。宇宙的加速膨脹。嗯，我們都知道愛因斯坦是一個非常聰明的人。到目前為止，沒有人真正能夠超越他。所以這不太可能，但人們仍在研究這一點。但是，無論哪種方式，這實際上都非常有趣。要嘛我們找到基於暗能量和加速膨脹的宇宙新範式，要嘛你找到超越愛因斯坦的新基本定律，無論哪種方式，這都將非常非常令人興奮。
而且，如果能量增加的速度非常快，也許宇宙會繼續膨脹並加速到膨脹率可能在某個時刻變得無限大的程度，那麼宇宙在那個階段就會被無限撕裂，宇宙就會終結那裡。這種情況稱為大撕裂。宇宙以無限大的速度完全被撕裂，並且在那個點之外不存在宇宙。
那我們可以做什麼來找出答案呢？到目前為止，我們唯一看到的就是宇宙膨脹率的歷史。而且數據還不夠準確，無法告訴我們等待著我們的是怎樣的命運。那我們需要做的是更好、更準確地測量暗能量增加的速度呢？宇宙加速的速度有多快？
到目前為止，聽完所有這些討論後，最好的方法是什麼？
4-6
因此，在進行實際測量之前，我們需要先討論我們實際上想要測量的東西是什麼。那我們想了解的是什麼導致了宇宙的加速膨脹呢？正如我所提到的，我們稱之為暗能量。但我們真的不知道它是什麼。因此，我們需要以某種方式對其進行參數化，為此，我們需要一種稱為狀態方程式參數的東西。那麼它是什麼？所以這就是我們之前見過的弗里德曼方程式。這告訴你宇宙膨脹的速度有多快。如果你知道這個魚子裡面有什麼，那就是宇宙內部的能量密度。
但這的關鍵在於，這個能量密度如何隨時間變化？如果你還記得關於膨脹的討論，如果能量密度恆定，那麼宇宙將呈指數膨脹。這是能量密度恆定的結果。另一方面，隨著宇宙的膨脹，大多數物體的能量密度都會下降，因為隨著體積變大，物體會變薄，能量密度會越來越小。這是由一個稱為狀態方程式的參數來描述的，因此能量密度與壓力有關。由一個橢圓比例常數，稱為W。對於光子氣體，我們稱之為輻射，W 是 1/3。對於普通物質，如原子，或也對於暗物質。 W實際上為零。另一方面，如果真空具有能量，即恆定的能量密度，來自我們之前討論過的這些冒泡量子效應，那麼 w 將為負 1。或加速宇宙的膨脹。如果你計算一下，你會發現 W 需要 <-1/3 宇宙才能加速。從這個方程式可以看出，這稱為熱力學第一定律。透過求解這個方程，您會發現能量密度與具有該指數的體積大小有關，因此如果 W 負一，則恰好算作 1，因此指數為零，這意味著能量密度是恆定的，並且對真空能量做出反應。另一方面，如果 W 為零，您會發現指數為負三。也就是說，這是一個超過體積的值，這正是你所期望的物質。你可以讓宇宙變得更大，物質隨著體積的增加而變薄。
所以這個方程式狀態參數 W 確實告訴你能量的一個組成部分會以多快的速度消失。反過來，與弗里德曼方程式結合，可以告訴你宇宙是否會加速或減速。這個二階導數，即宇宙的加速度，與 1 - 3w 一致，帶有橢圓形減號。因此，如果 w 為 -1/3，則該組合消失。然後就沒有加速了。如果 w <-1/3，則該組合為正數，前面有一個減號 (-)。所以宇宙會加速。這就是這些方程式的結果。
在宇宙即將結束的情況下，對應於 w <-1。因此，如果 w <-1，那麼會發生的情況是，這是 <-1，這是小於零。那麼這個指數的負值現在就是正數了。因此，隨著宇宙的膨脹，能量密度實際上會增加，這將是 w <-1 的結果。因此，如果能量密度增加，宇宙就會膨脹，你只需不斷地為其提供越來越多的能量，從而進一步推動膨脹。並且，這最終將導致宇宙進入大撕裂，因此膨脹變得如此之快，甚至星系，或恆星，甚至原子和原子核最終都被撕裂，宇宙變得完全撕裂並完全空了，然後繁榮，結束了。你甚至無法想像接下來會發生什麼事。宇宙以無限的膨脹速度結束，所以這有點像宇宙的終結。另一方面，如果 w 略大於 -1，則這種情況非常類似於宇宙誕生時發生的情況，即暴脹。因此，透過測量這個狀態方程式參數，這掌握了預測宇宙命運的關鍵，這就是我們想要測量的。讓我在這裡向您展示一個視訊剪輯，它是電腦圖形動畫，展示了大撕裂的樣子。數十億年後，如果我們走向大撕裂，那麼這可能會在大撕裂前 2 億年發生。暗能量變得如此重要並且如此倍增，以至於它的撕裂效應將開始撕裂整個星系，因此儘管暗物質提供了拉力，星系將不再在一起。暗能量戰勝了暗物質，然後宇宙、銀河係被撕裂成單顆恆星，甚至太陽系、行星也開始被從太陽撕裂。一旦我們距離大裂縫更近了。因此，單一行星現在從太陽上被撕裂，如果你到達大撕裂前幾個小時，能量就會變得如此巨大和重要，以至於它甚至將太陽撕成碎片，撕成單個原子。當然，它不應該發出這樣的聲音。
而最終，連行星也會被撕裂。單一原子會與地球等特定行星分離。當然，到了這個時候，太陽係不應該再存在了，因為太陽已經爆炸成一個大巨星，紅巨星，它將吞噬整個地球。但這可能會發生在其他太陽系的其他地方，而行星也會分裂成單個原子。
最後，原子也會被撕裂成原子核和電子，因為電磁力也會失去暗能量。原子核也會被撕裂。宇宙變得完全稀疏，整個宇宙中的一切都只是暗能量。就是這樣。這就是大撕裂的景象。
4-7
好吧，那麼這對未來的觀察又意味著什麼呢？所以，我們總是欣賞這幅遙遠星系的美麗圖像。但現在我們知道宇宙正在變得越來越快，這些遙遠的星係正在遠離我們，以越來越快的速度遠離我們。所以，最終我們會完全失去他們的視力。
所以，我一直開玩笑地告訴資助機構，這是我們唯一能做宇宙學的時候，所以我們需要立即資助來研究這些遙遠的星系，一些機構已經聽了這一點。因此，未來研究暗能量本質並試圖預測命運的重要參與者就是這顆衛星。經歐洲太空總署批准，命名為歐幾裡得。
另一台主要由美國機構建造的望遠鏡稱為 LSST，建在智利的山脈上。還有這些。近十億美元規模的測量將告訴我們更多關於未來暗能量本質的信息，我們將更多地了解宇宙的命運。
而且，這些測量將使用的技術之一是稱為標準標尺的想法。我們已經查看了這張宇宙微波背景下的溫度圖，但是如果您觀察得足夠仔細，您可能會注意到地圖上的熱塊或冷塊有某種特徵尺寸。
所以它們有一個典型的尺寸，溫度的變化，這是我們之前一起看到的功率譜的峰值。
這個特徵尺度也體現在星系的分佈中，你確切地知道距離是多少。我們之所以知道，是因為你知道電子和原子核最初湯中聲波的視界尺度大小，這將轉化為大約 5 億光年的寬度。
因此，透過觀察天文觀測中星系的分佈，你可以在星系團中尋找一個典型的尺度，你可以從中讀出5億光年。所以你基本上已經在天空上印了一把尺。繼續使用這把尺子，你可以一一測量與我們的距離，小至數十億光年。這樣，您就可以將其用作遠端校準器。我們測量距離比迄今為止更準確。而且，距離轉化為時間。而且，我們從光的多普勒頻移中知道了膨脹，並且您可以對宇宙的膨脹歷史進行更精確的測量。這樣我們就可以預測未來並嘗試解決這個問題：宇宙會終結嗎？有很多項目試圖這樣做，這是我自己參與的一個。這台望遠鏡非常適合此目的。因為我們想做的是觀察很多很多星系的分佈。我們對它們中的每一個都不感興趣，但我們正在關注整個宇宙加速的趨勢。多少？它是如何分佈的？所以我們需要做的就是問一個問題，這個國家的人口老化速度有多快？你要做的顯然是一個普查，而不是個別的物體，你需要看很多很多的事情，看宇宙的走勢。為了進行人口普查，您需要有廣闊的視野。如果你一件一件地觀察單一物體，那麼這可能需要數千年的時間。但如果你能在給定時間捕獲一千個物體，那麼這可能會在幾年內為我們提供資訊。事實上，這台斯巴魯望遠鏡的視野大一千倍，在任何給定時間它都能看到比哈伯望遠鏡多一千倍的物體。所以這台望遠鏡非常適合這種人口普查項目。首先，當你拍攝一堆照片（即成像）時，你已經建造了這款名為 Hyper Supreme Cam 的相機，該相機已經在測試中。它實際上有接近 10 億像素，重 3 噸，因此可能很難隨身攜帶。我們希望用這款新相機觀察近十億個星系。
正如我們之前談到的，我們還需要非常準確地測量顏色。我們需要測量多普勒頻移的量。恆星和星系看起來更紅了多少，這為我們提供了有關宇宙膨脹的信息。同樣，我們可以在給定時間測量單個星系的光譜，這需要數千年的時間。我們需要同時獲得 2400 個星系的光譜，因此我們現在正在設計一個我們稱為 PFS 的多目標光譜儀。
將這種成像和光譜結合在一起，我們將這個專案稱為 SuMIRe。斯巴魯影像測量，即成像，紅移，即光譜之後的 cou。所以，從某種意義上來說，這是一個宇宙基因組計畫。就像基因組一樣，它是決定生物系統演化的非常重要的訊息，甚至決定您以後的生活中可能出現哪種疾病。所以這是我們看不到的東西，但在某種程度上確實決定了你身體的未來和命運。那麼宇宙基因組，其實就是暗物質和暗能量。它們共同決定了宇宙的演化和命運。因此，我認為稱其為宇宙基因組計劃是合適的。我們的許多成員都參與了這個計畫。
而且時間線在成像方面也非常清晰。
這個HSC即將啟動，它正在與另一個名為DES的專案展開正面競爭。
事實上，他們兩個都不幸地滑倒了，但儘管如此，我們還是在前進。更大的項目將會晚得多。就光譜學而言，這是我們許多人已經參與的一個項目。因此，這就是我們試圖比後來的更大項目更快地獲得這些重要測量結果的方法。
這是 CCD 陣列的焦平面，它是為這個 Hyper Supreme Cam 建造的。這實際上是校正鏡頭系統。可以將其視為相機前面的鏡頭，並將其安裝到相機中。所以你看，這是一個巨大的物體，難怪它有三噸重。
而光譜儀也是一個非常複雜的物體，但關鍵的元件就是這個光纖定位器。我們有一束 2400 條光纖電纜，但我們需要將每條光纖精確指向您想要測量的特定星系。所以，你需要有這個小機器人。該機器人在不到一分鐘的時間內將單一纖維的位置控制在十微米的精確度內。這樣我們就不會浪費時間那麼快地調整所有位置，然後你只要固定位置，在恆星和星系上停留一段時間，測量光譜至少50分鐘左右。這就是我們繼續測量下一組星係等等的方式。因此，這個光纖定位器現在正在這個多物件系統中進行測試，如果您仔細觀察光纖定位器前面的旗幟，並查看這些扭轉運動，您會看到光纖定位器的移動。而且，而且，在很短的時間內，就可以調整小費了。其中，對象。因此，這決定了每根纖維指向各個星系的方向。這將是一個非常大的國際團隊，我們正在共同努力。而且工作非常努力。而且我們還在努力累積更多的合作夥伴和更多的資金。但透過這個項目，我們可以精確地繪製出宇宙的演化歷史，你可以根據宇宙膨脹的程度來區分許多不同的可能理論。所以這表明暗能量，今天大約是 70%，它表明暗能量在過去要小得多，而且它確實遵循這些點。透過連結這些點，你就知道自己處於什麼樣的曲線上，這就是我們想要預測宇宙未來的方式。
這實際上已經被整合到一個影片中，展示了我們正在嘗試建立什麼樣的光譜儀，然後讓我們運行它。
因此，我們想要了解的是，透過觀察這些遙遠的星系，我們需要了解宇宙是如何開始的，關於暗物質。它有結束嗎？這就是暗能量帶來的命運。而且這種儀器還可以告訴我們我們的銀河係是如何組裝的以及我們是如何存在的。因此，觀察這些從數十億光年外的星系發出的光子。所有這些光子都射向我們的銀河系並找到太陽系，穿過我們所有的行星，這是不太可能的，但無論如何。然後發現夏威夷的這個大島，位於莫納克亞圓頂頂部的斯巴魯望遠鏡打開，光子撞擊這個直徑8公尺的鏡子。然後彈回這些光纖，這些光纖專門用於捕獲這些光子，光子穿過 50 公尺的光纖，分成三個臂。每個手臂都會為您提供藍色、紅色和紅外線數據。透過將它們黏合在一起，我們可以測量每個星系的屬性、宇宙膨脹了多少，以及我們想要獲得的所有這些重要資訊。因此，我們希望透過這種方式揭開宇宙的奧秘，它是如何開始的，我們是如何進化的，我們是如何存在的，以及我們將前往哪裡。因此，由於技術的巨大進步，我們可以進行這種觀察，我們有望更好地了解宇宙在 10 年時間尺度上的命運。
所以，這就是這個樂器將如何搖滾。
至此，我們已經完成了這四場講座。這是從日常生活到Big Bang的大綱。然後我們從恆星中的原子核如何形成開始，找出原子中化學元素的起源。以及希格斯玻色子如何使電子圍繞原子核旋轉成為可能。但隨之而來的卻是更多的謎團。暗物質對於形成星系和恆星非常重要。我們不知道它的本質是什麼。現在我們討論瞭如何使用加速器製造它們，以及如何在地下實驗中捕捉它們。反物質的缺乏可能與中微子的性質有關，我們正在尋找中微子中物質和反物質可能的轉化。我們也正在尋找物質、中微子和反物質、反中微子行為之間的細微差別。希望他們能提供一些線索，透過將這些線索放在一起，我們可以回到宇宙的起源。這最終會影響通貨膨脹本身，這就是今天談論通貨膨脹的講座的主題。暴脹可能會以決定宇宙命運的暗能量的形式再次發生。
4-8
因此，為了回顧我們在這四場講座中討論的所有內容，我們透過抬頭仰望天空來回答小孩子可能會遇到的這些非常基本的問題。
這個大宇宙是如何開始的？而且，我們對此討論了很多，例如，通貨膨脹使我們難以置信的微小宇宙變成了我們今天看到的宏觀宇宙。正如我們今天所看到的，通貨膨脹使宇宙變得平坦。也使你所看到的任何方向的溫度都相同，同時也為以後的結構形成埋下了種子，因為由於不確定性原理而在這個微觀世界中發生了量子噪聲。暗物質，也負責研究宇宙的起源。還有希格斯玻色子。而且也不存在反物質。
它的命運是什麼？暗能量有很多作用。暗能量正在加速宇宙的膨脹。並取決於暗能量的性質。我們談到了這個狀態方程式參數，暗能量可能會不斷增加，以至於可能導致宇宙的終結，或者可能會像暴脹一樣回到減速的宇宙。從某種意義上說，這可能是第二輪通膨。所以這與暗能量時代有關。它是由什麼製成的？我們已經看到了能源預算。我們認為宇宙是由原子構成的，但事實證明，它實際上只是宇宙的一小部分，不到 5%。其餘的則是暗物質，約佔宇宙的四分之一，以及暗能量，約佔宇宙的70%。因此，它的構成與宇宙如何開始以及宇宙將如何結束有著非常密切的聯繫。
其基本法則是什麼？我們討論了愛因斯坦的引力理論，認為重力是一種幻覺。重力是關於空間和時間的扭曲。我們對物理的基本定律仍然知之甚少。如果你一直追溯到宇宙的起源，也許我們必須用新的物理定律理論來取代愛因斯坦的理論和我們所知道的一切，我們不知道這一點，所以這是我們同時追求的東西我們從哪裡來？我們討論了構成我們的化學元素的起源，部分來自恆星內部更大元素的形成，這些元素透過超新星爆炸釋放到太空中。原子還需要有電子圍繞，這需要希格斯玻色子充滿整個宇宙。我們還需要擺脫反物質，這樣我們才能在當前的宇宙中幸福而無恐懼地生活。所有這些事情匯集在一起形成了關於宇宙的同一問題，這才是真正進入科學領域的問題。我希望你清楚地明白這一訊息。
因此，用這條蛇的大小來思考宇宙真的很有趣。所以我們在這裡，我們的大小，比如說，大約一公尺。如果你去到更大的尺寸，你可能會看到一座山、地球本身、太陽系和星系，並最終到達星系團到整個宇宙。這是我們能看到和思考的最重要的事。另一方面，如果你的尺寸越來越小，你的人體可能會分解為細胞、DNA，最終分解為原子、原子核和基本粒子。讓我一路回到某種統一理論，它同時描述了所有的力和所有的物質粒子，碰巧這個由微小事物組成的世界，其中量子力學實際上是物理定律由於通貨膨脹，這些不確定性原理的產生被證明是當今宇宙中所有這些大型結構的起源。所以大事和小事其實是結合在一起的。希臘神話中的銜尾蛇蛇的圖片很好地體現了這一點，它代表了世界的統一。事實上，當今世界的統一涉及整個宇宙以及我們能想到的最小粒子。他們實際上走到了一起，這是一個非常非常有趣的觀察。因此，就物體的尺度而言，最大的事物和最小的事物是齊頭並進的。除非我們真正一起思考它們，否則我們永遠無法理解宇宙的奧秘。這就是我創辦這個研究所的方式，該研究所名為東京大學卡維裡宇宙物理與數學研究所。顧名思義，我們喜歡透過物理和數學的結合來研究宇宙。顯然天文學也融合在一起。我們實際上是在 2007 年從頭開始學習的。一年後，我們發展到了現在的規模，我希望您看到我們的會員組成非常國際化。兩年後。三年後。
四年後。五年後。這就是我們現在的處境。儘管這是日本的一所研究所，但其中超過一半是國際性的。這就是物理和數學宇宙研究所。感謝美國卡維理基金會為我們提供的一些捐贈，我們現在是卡維理宇宙物理與數學研究所。這是我們研究在這四堂課中討論的所有這些問題的地方。希望您有興趣前來參觀。甚至可能在某個時候加入我們的會員資格。感謝您的關注。