画册设计 在时间的终点的观察者，将能够看到宇宙中发生的所有事情

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最近的DESI（暗能量光谱仪）研究发现，暗能量——这种构成宇宙中大部分质量的神秘物质——可能不是一个恒定不变的存在。这一发现尚属初步，但已足以引起科学界的注意，因为它挑战了现有的宇宙学模型中的一个核心概念：宇宙学常数。

宇宙学常数是一个理论常数，用于描述暗能量的性质，特别是它如何推动宇宙加速膨胀。按照标准宇宙模型，暗能量被假设为一个恒定的力量，不随时间变化。然而，DESI的研究结果暗示，暗能量可能并非不变，这意味着我们对宇宙的加速膨胀以及宇宙的整体结构可能需要重新评估和理解。

虽然目前没有科学家完全放弃宇宙学常数这一概念，但这项新发现表明我们对暗能量的理解仍然有限。

然而，一个可能的重要发现可能源自于一个起初被用来提高蒸汽机效率的学科——热力学。这个学科不仅帮助我们理解了如何制造更有效率的机器，随着时间的推移，它的应用已经拓展到宇宙学领域。

早在1995年，Ted Jacobson从热力学的基本规则推导出了解释时空弯曲引起的引力的广义相对论方程。

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此前已经有来自黑洞热力学研究的暗示。研究表明黑洞具有温度，像所有具有温度的物体一样，它们会释放辐射。霍金解释说，这种辐射是由空间真空中的粒子-反粒子对出现所引起的。

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通常，这些粒子会重新结合并相互湮灭，但在事件视界附近，一个可能会掉进去，而另一个则逃逸，因此它们无法再湮灭。书中有一个很好的插图展示了这些小粒子。有些逃逸，有些则没有。

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当然，这种解释是完全的无稽之谈。在黑洞事件视界附近根本没有发生这样的事情，霍金的学术论文也与粒子对掉入黑洞无关。

这种辐射，被称为霍金辐射，是由于一个相对于黑洞静止的观察者如何看待其附近的量子真空所引起的。当这名观察者观察黑洞的视界时，从他们的角度看，黑洞内外真空的量子纠缠产生了温度。这种温度导致能量释放。

并不只有受引力作用的天体产生霍金辐射。广义相对论的一个基本原理是等效原理。这个原理大致说，在没有看到外界环境的情况下，我们无法通过任何实验区分自己是处于一个真正的引力场中，还是在一个加速运动的空间里。

这意味着当我们处于一个加速的参考系中时，我们也应该看到霍金辐射。虽然像霍金辐射一样，它从未被观察到，这被称为盎鲁效应（Unruh effect）。

这是一个美丽的结果，因为它表明热力学不仅在黑洞、行星和恒星中发挥重要作用，甚至在加速的参考系中也是如此。

这就是Jacobson是如何依据热力学的基本原理，成功地导出了爱因斯坦的广义相对论的。

Jacobson将时空中的热定义为在因果视界之间流动的能量。这种能量可以被探测到，因为它产生引力，但从视界外部，你无法知道是什么引起的。

视界不必是黑洞事件视界。它们可以仅仅是我们过去光锥的边界，即所有可能因果影响我们的事物。

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另一种更有趣的视界被称为Rindler视界，它类似于事件视界，但在狭义相对论中被定义为一个不断加速的物体的视界。

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想象一艘从地球起飞并不断加速离开的宇宙飞船。因为它持续加速，从地球发送的信号在一段时间后无法达到它。光束将不断尝试追上它但永远也达不到。现在，如果飞船停止加速，光束就会追上。需要持续的力才能使飞船远离Rindler视界。

与黑洞事件视界不同，如果飞船改变其运动，Rindler视界可以被改变。此外，它没有奇点。然而，其他事件视界的所有特征，仍然适用。与其说是看到霍金辐射，不如说飞船会看到盎鲁效应。如果它试图向视界发送信号，信号会变得红移直到最终消失。如果一名宇航员被“降低”到视界（通过减速），他们会显得越来越慢，直到在视界消失。（他们不会被拉成条状，只是被遗弃在深空中！）如果飞船保持其加速度，网店装修就像穿越黑洞一样，宇航员永远无法返回。

这些因果视界本质上与热量和特别是熵相关，因为它们隐藏了信息。例如，如果来自我们过去光锥外的某些东西影响了其中的东西，这些信息对我们是隐藏的。我们能检测到的只有由视界之间的纠缠引起的量子真空波动。这些波动当然不会携带跨视界的信息。然而，从那个纠缠中有引力效应产生。热量穿越边界流动。

暗能量也被推测为来自因果视界的一种热能形式，即宇宙未来事件视界。这个视界是我们宇宙中任何未来观察者能观测到的极限。如果宇宙是静态的，在无限长的时间后，这个视界将消失，理论上在时间的终点的观察者将能够看到宇宙中发生的所有事情。然而，我们的宇宙并非静态。随着它的扩张，宇宙的某些部分不再处于我们未来观察者的过去光锥中。这就创造了一个视界。

正如Jacobson所论述的，任何因果视界都隐藏信息，而视界之间的量子纠缠产生热能。换句话说，暗能量等同于盎鲁效应或霍金辐射，但来源于这个未来的视界边界。

与Rindler视界不同，这个未来的视界并不是我们运动的效果。它是空间本身运动的效果，而当量子真空纠缠发生在那个边界时，它们表现为暗能量。

在普通无视界的空间中，这些波动没有引力效应，但视界的存在像热泵一样，将能量泵送过去。

一些物理学家认为宇宙未来视界（即宇宙扩展到最远端的边界，超过此界限，来自宇宙其他部分的信息或影响将无法到达）在解释某些宇宙现象时扮演关键角色的原因之一，是因为相关的数学计算与观测数据非常吻合。

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最初，物理学家考虑使用哈勃尺度而不是未来宇宙学视界尺度。哈勃尺度实际上是哈勃常数的倒数。由于哈勃常数反映了宇宙扩张的速率，其倒数给出了一个与当前可观测宇宙的大小大致相当的尺度。这个尺度大约对应于自宇宙开始扩张以来的时间，即约138亿年。

这给我们提供了错误的暗能量密度值，甚至不符合一个加速膨胀宇宙的情况，而未来视界的大小则与之相符。

然而，使用未来视界的方法并不完美，一些物理学家已经对模型进行了推广。特别是，关于我们如何计算熵存在疑问。

新的熵计数机制给出了不同的结果，这些机制改变了时空微观结构中存在的信息量，因此也改变了在给定时代暗能量应有的大小。有Barrow、Tsallis、Renyi和Sharma-Mittal熵，这些都改变了我们对视界中包含多少信息的基本理解。

然而，盎鲁效应可能比未来视界和熵公式的影响更为深远，因为它表明，在时空中的任何一点，都有一个观察者类别——加速的观察者，他们感知到的视界具有温度，而存在温度的地方就有熵。为什么一个在太空中自由落体的观察者感受不到温度和熵，而一个加速的观察者却能感受到呢？

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这归结于量子真空的协变性，这意味着热力学本身取决于你的运动状态。

黑洞也是如此。一个悬挂在视界上方的观察者会感知到它有温度，而一个自由穿越视界的观察者则完全感觉不到。

这意味着整个宇宙的热力学依赖于星系的运动状态和宇宙微波背景。既然如此，我们如何将宇宙学常数视为一个热力学变量？

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在一篇引人入胜的论文《黑洞化学》中，Kubiznak、Mann 和 Teo 认为宇宙学常数类似于压力。不幸的是，由于我们的宇宙不处于平衡状态，热力学并不简单。相反，我们宇宙内的视界（如围绕黑洞的事件视界）与围绕整个宇宙的宇宙学视界之间存在张力。这些视界具有不同的温度，我们知道，当物体处于不同温度时，会发生非平衡热流。

也许正是这种张力和非平衡状态使得解决暗能量问题如此复杂画册设计。

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