它遵循本月出版研究人員表示,這只是對宇宙加速的「邊緣偵測」。
這似乎是一件大事,因為2011年諾貝爾獎被授予兩個利用超新星發現宇宙正在加速膨脹的團隊的領導者。
但我從未見過如此茶杯裡的風暴。 新的分析,出版於科學報告,幾乎沒有改變原始結果,但對其進行了不同的(在我看來,誤導性的)旋轉。
那為什麼這篇新論文聲稱加速度的檢測是「邊際」的呢? 好吧,如果您只使用單一資料集,那麼這是微不足道的。 畢竟,大多數重大發現最初都是邊緣性的。 如果它們更明顯,他們就會更早被發現。
到目前為止,證據
僅超新星數據就可以在很小的範圍內與既不加速也不減速的宇宙保持一致。 自從最初發現以來,這一點就已為人所知,並且沒有爭議。
但如果你還添加了一個訊息——例如,該物質存在——那麼它就沒有什麼邊際了。 顯然需要新的物理學。
事實上,如果宇宙根本不加速或減速(這是這篇新論文中重新討論的舊提議),仍然需要新的物理學。
如今,重要的一點是,如果你把所有超新星數據丟進垃圾桶,我們仍然有充分的證據表明宇宙正在加速膨脹。
例如,在澳洲我們做了一個項目,叫做擺動Z,這五年多來做了一項調查幾乎一百萬個星系的四分之一的位置。
星系的圖案實際上並不是隨機的,因此我們使用這種圖案有效地將網格紙鋪在宇宙上,並測量其大小如何隨時間變化。
單獨使用該數據表明宇宙正在加速膨脹,並且它獨立於任何超新星訊息。 只有在這一點和許多其他觀測技術證實了超新星的發現之後,才頒發了諾貝爾獎。
宇宙中缺失的東西
另一個例子是(中巴),這是剩餘的餘輝這是迄今為止對宇宙進行的最精確的觀測測量之一。 它表明空間非常接近平坦。
同時,對星系的觀測表明,根本沒有足夠的物質或物質在宇宙中使空間變得平坦。 宇宙大約 70% 的部分失蹤了。
所以當對超新星的觀測發現宇宙的 70% 由暗能量組成,這就解決了差異。
超新星實際上是在宇宙微波背景之前測量到的,因此基本上預測宇宙微波背景將測量平坦的宇宙,這一預測得到了完美的證實。
因此,一些有趣的新物理學的證據現在是壓倒性的。
我可以繼續說下去,但迄今為止我們所知道的一切都支持宇宙加速的模型。 如欲了解更多詳情,請參閱我寫的這篇評論關於證據。
這個「暗能量」是什麼?
新論文對標準宇宙學的批評之一是,宇宙正在加速的結論取決於模型。 這很公平。
通常宇宙學家會謹慎地說我們正在研究“暗能量”,這是我們對導致宇宙膨脹明顯加速的任何事物所起的名字。 (我們經常在這句話中省略“明顯的”,但它是隱含的。)
「暗能量」是一個籠統的術語,我們用來涵蓋許多可能性,包括真空能量導致加速,或者我們需要新的引力理論,甚至我們誤解了它並且需要一個更複雜的模型。
毫無爭議的關鍵特徵是,這些數據中明顯存在一些重要的新物理學。 有些事情超出了我們對宇宙如何運作的了解——有些事情需要解釋。
那麼讓我們看看這篇新論文實際上做了什麼。 為此,讓我們打個比方。
測量裕度
想像一下您正在以 60 公里/小時的極限速度駕駛汽車。 您測量的速度為 55 公里/小時,但里程表有一些不確定性。 考慮到這一點,並且 99% 確定您的行駛速度在 51 公里/小時到 59 公里/小時之間。
現在,您的朋友出現並以稍微不同的方式分析您的數據。 她測量出您的速度為 57 公里/小時。 是的,它與您的測量值略有不同,但仍然一致,因為您的里程表不太準確。
但現在你的朋友說:“哈!你只是稍微低於速度限制。你很可能超速了!”
換句話說,答案沒有顯著變化,但論文中給出的解釋取了允許區域的極端,並說「也許極端是正確的」。
對於那些喜歡細節的人來說,超新星數據的三個標準差極限足夠大(剛好)包含一個非加速宇宙。 但這只是在宇宙中本質上不存在任何物質並且忽略所有其他測量的情況下(見下圖)。
上圖是新研究論文中圖 2 的複製品,並添加了註釋。 等值線包圍了最適合超新星資料(以宇宙臨界密度為單位)的物質密度和暗能量(以宇宙學常數的形式)的值。
等值線顯示一、二和三個標準差。 最適合的位置用十字標記。 其他觀測測量到的物質量大約位於橙色線附近。
等高線幾乎完全位於加速區域,而尚未加速的小斑塊將來仍會加速。
改進分析
這篇新論文正在嘗試做一些值得稱讚的事情。 它正在嘗試改進數據的統計分析(對其分析的評論看)。
隨著我們獲得的數據越來越多,測量的不確定性也越來越小,考慮到每個細節就變得越來越重要。
事實上,在暗能量調查中,我們有三個人全職測試和改進我們用來比較超新星數據與理論的統計分析。
我們認識到改進統計分析的重要性,因為我們很快就會有大約 3,000 顆超新星,用它們來測量加速度比最初的發現更精確,最初的發現只有 52 顆超新星。
這篇新論文重新分析的樣本包含740顆超新星。
關於本文結論的最後一點說明。 作者認為非加速宇宙值得考慮。 沒關係。 但你和我、地球、銀河系和所有其他星係都應該透過重力相互吸引。
因此,一個以恆定速率膨脹的宇宙實際上和加速膨脹的宇宙一樣奇怪。 你仍然需要解釋為什麼膨脹不會因為它所包含的一切的引力而減慢。
因此,即使本文提出的非加速論是正確的,解釋仍然需要新的物理學,而尋找解釋它的「暗能量」也同樣重要。
健康的懷疑態度在研究中至關重要。 關於加速的原因以及是否只是因為我們對重力的理解尚未完成而產生的表觀加速度,仍然存在著許多爭論。
事實上,這就是我們作為專業宇宙學家花費整個職業生涯來研究的問題。 這篇新論文和所有早期論文的共同點是,有一些事情需要解釋。
超新星數據顯示正在發生一些真正奇怪的事情。 解決方案可能是加速度,或是新的重力理論。 不管是什麼,我們都會繼續尋找。