@ 2017.04.07 , 11:00
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解释宇宙加速膨胀,无需暗能量

一个匈牙利-美国团队称,被认为占宇宙68%的神秘的暗能量,可能根本不存在。研究者认为宇宙的标准模型没有考虑到其结构的变化性,但一旦考虑该因素,就无需考虑暗能量了。该团队将此结果发表在了皇家天文学会月刊上。

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一个显示三种模型对宇宙膨胀速度的预测动画的截图:左上红色为标准“Lambda冷暗物质”宇宙学,引入了暗能量;中上蓝色为新型Avera模型,考虑了宇宙结构,无需引入暗能量;右上绿色为爱因斯坦宇宙-德西特宇宙学,原始的未考虑暗能量模型。图中下部显示了“比例因子”(尺寸的表示)随时间的增长情况,其中1Gya为十亿年。结构的演变同样可根据图中上部看出。一个点大致代表一整个星系团。尺度单位为兆秒差距(Mpc),其中1Mpc约为3百万亿千米。

我们的宇宙源于138亿年前的大爆炸,从那以后一直在膨胀。膨胀的关键证据为基于星系观测的哈勃定律——来自遥远星系光线的红移与他们的距离成正比。

天文学家通过观察星系的光谱线测量膨胀速度,越靠近红线意味着星系远离得越快。从1920年开始,对星系速度的测量使科学家认识到,宇宙由奇点而生,目前正在膨胀。

在20世纪后半叶,天文学家观测到需要额外的东西来解释星系中恒星的运动,因此提出了暗物质的存在。现在认为暗物质组成了27%的宇宙(与之相对的,一般物质只占5%)。

在1990年代观测到了双星系统中白矮星的爆发,即超新星爆发,使科学家认为第三种成分——暗能量构成了68%的宇宙,并驱动了宇宙的加速膨胀。

在最新的研究中,厄特沃什·罗兰大学的博士研究生Gábor Rácz领导的研究者对暗能量的存在提出了异议,并提出了另一种可能的解释。他们认为宇宙学(对宇宙起源和演化的研究)的传统模型依赖于忽略了宇宙结构的近似,并且假设物质的密度均匀。

论文共同作者、厄特沃什·罗兰大学的László Dobos博士解释道:“爱因斯坦的广义相对方程描述了宇宙的膨胀,在数学上十分复杂,以至于百年来无法提出任何考虑到宇宙结构因素的解决方案。根据十分精确的超新星观测,我们知道宇宙正在加速膨胀,但同时我们依赖于对爱因斯坦的方程的粗糙近似,这可能导致严重的副作用,比如为了使模型与观测数据一致,需要引入暗能量。”

实际上,一般物质和暗物质似乎以一种泡沫结构组成了宇宙,星系就位于泡泡之间的薄壁上并被分为超星系团。而在泡泡的内部几乎不存在两种物质。

利用计算机模拟引力对数百万暗物质粒子分布的作用效果,科学家重构了宇宙的演化,包括早期物质的聚集,以及大规模结构的形成。
不同于传统模拟中宇宙平缓膨胀,新模型考虑了宇宙的结构,致使宇宙的不同区域以不同的速度膨胀。平均膨胀速度与现有观测一致,即整体的加速。

Dobos博士补充道:“广义相对论是理解宇宙演化方式的基础。我们并非质疑其正确性,只是怀疑其近似解的正确性。我们的发现依赖于对宇宙不均匀膨胀的数学猜想,与广义相对论一致,同时展示了复杂宇宙结构的形成对膨胀速度的影响。这些因素曾经不被重视,但将其考虑进模型就能直接解释宇宙的加速膨胀,而无需引入暗能量。”

如果该发现受到大量的支持,对宇宙模型和物理研究方向将产生巨大的影响。过去20年里,天文学家和理论物理学家苦苦思索暗能量的本质,但至今仍是未解之谜。Csabai和他的合作者希望他们提出的新模型至少能引起新的讨论。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 19+1

  1. 3418361

    之前是每个字都懂系列,现在图也看不懂了

  2. 3418371

    一会有,一会没有,到底有没有,给个准话。

  3. 3418375

    暗物质还在理论观察中就要经历夭折?

  4. 3418376

    我其实想到了这一点,但是作为普通人没法形成理论,只能自己想想自己偷偷开心。

  5. 3418380

    反正有和没有我全部说完了总有一个中

  6. 3418390

    暗能量?不存在的

  7. 3418443

    @RWade: 被埋没的人才

  8. 温水配白饭
    @10 months ago
    3418447

    好厉害,虽然我看不懂

  9. 3418452

    你说的都对,反正我也不懂。

  10. 3418453

    你说的都对,反正我也不懂

  11. 3418460

    所以暗能量就是21世纪的以太吧(不懂装懂中……)

  12. 3418490

    暗物质卫星可能成最大输家

  13. gongfeng
    @10 months ago
    3418523

    暗物质可谓一种变种的以太迷思

  14. 3418572

    不明觉厉

  15. 一只猫
    @10 months ago
    3418660

    文章说可通过模型则不需暗能量参与,但暗物质还是存在的

  16. 上次什么名字
    @10 months ago
    3418707

    本来可以看懂的 看着看着就不懂了

  17. 户枢不蠹过
    @10 months ago
    3418860

    说的好

  18. 3419320

    一会说有,一会说没有,相当于买彩票买所有的号,以后观测或实验证实了就可以说,“看,当时我就说有/没有吧!”

  19. Deidad_de_Luz
    @9 months ago
    3421162

    有一种晶壁系的即视感,只不过是颠倒的。还有,在看的时候请把暗物质和暗能量分清楚啊各位。

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