它遵循本月出版研究人员表示,这只是对宇宙加速的“边缘检测”。
这似乎是一件大事,因为2011年诺贝尔奖被授予两个利用超新星发现宇宙正在加速膨胀的团队的领导者。
但我从未见过如此茶杯里的风暴。 新的分析,出版于科学报告,几乎没有改变原始结果,但对其进行了不同的(在我看来,误导性的)旋转。
那么为什么这篇新论文声称加速度的检测是“边际”的呢? 好吧,如果您只使用单个数据集,那么这是微不足道的。 毕竟,大多数重大发现最初都是边缘性的。 如果它们更明显,他们就会更早被发现。
到目前为止,证据
仅超新星数据就可以在很小的范围内与既不加速也不减速的宇宙保持一致。 自从最初发现以来,这一点就已为人所知,并且没有争议。
但如果你还添加了一条信息——例如,该物质存在——那么它就没有什么边际了。 显然需要新的物理学。
事实上,如果宇宙根本不加速或减速(这是这篇新论文中重新讨论的一个旧提议),仍然需要新的物理学。
如今,重要的一点是,如果你把所有超新星数据扔进垃圾桶,我们仍然有充分的证据表明宇宙正在加速膨胀。
例如,在澳大利亚我们做了一个项目,叫做摆动Z,这五年多来做了一项调查几乎一百万个星系的四分之一的位置。
星系的图案实际上并不是随机的,因此我们使用这种图案有效地将网格纸铺在宇宙上,并测量其大小如何随时间变化。
单独使用该数据表明宇宙正在加速膨胀,并且它独立于任何超新星信息。 只有在这一点和许多其他观测技术证实了超新星的发现之后,才颁发了诺贝尔奖。
宇宙中缺失的东西
另一个例子是(中巴),这是剩余的余辉这是迄今为止对宇宙进行的最精确的观测测量之一。 它表明空间非常接近平坦。
与此同时,对星系的观测表明,根本没有足够的物质或物质在宇宙中使空间变得平坦。 宇宙大约 70% 的部分失踪了。
所以当对超新星的观测发现宇宙的 70% 由暗能量组成,这就解决了差异。
超新星实际上是在宇宙微波背景之前测量到的,因此基本上预测宇宙微波背景将测量平坦的宇宙,这一预测得到了完美的证实。
因此,一些有趣的新物理学的证据现在是压倒性的。
我可以继续说下去,但迄今为止我们所知道的一切都支持宇宙加速的模型。 欲了解更多详细信息,请参阅我写的这篇评论关于证据。
这个“暗能量”是什么?
新论文对标准宇宙学的批评之一是,宇宙正在加速的结论取决于模型。 这很公平。
通常宇宙学家会谨慎地说我们正在研究“暗能量”,这是我们对导致宇宙膨胀明显加速的任何事物所起的名字。 (我们经常在这句话中省略“明显的”,但它是隐含的。)
“暗能量”是一个笼统的术语,我们用来涵盖许多可能性,包括真空能量导致加速,或者我们需要新的引力理论,甚至我们误解了它并且需要一个更复杂的模型。
毫无争议的关键特征是,这些数据中明显存在一些重要的新物理学。 有些事情超出了我们对宇宙如何运作的了解——有些事情需要解释。
那么让我们看看这篇新论文实际上做了什么。 为此,让我们打个比方。
测量裕度
想象一下您正在以 60 公里/小时的极限速度驾驶汽车。 您测量的速度为 55 公里/小时,但里程表有一些不确定性。 考虑到这一点,并且 99% 确定您的行驶速度在 51 公里/小时到 59 公里/小时之间。
现在,您的朋友出现并以稍微不同的方式分析您的数据。 她测量出您的速度为 57 公里/小时。 是的,它与您的测量值略有不同,但仍然一致,因为您的里程表不太准确。
但现在你的朋友说:“哈!你只是稍微低于速度限制。你很可能超速了!”
换句话说,答案没有显着变化,但论文中给出的解释取了允许区域的极端,并说“也许极端是正确的”。
对于那些喜欢细节的人来说,超新星数据的三个标准差极限足够大(刚好)包含一个非加速宇宙。 但这只是在宇宙中本质上不存在任何物质并且忽略所有其他测量的情况下(见下图)。
上图是新研究论文中图 2 的复制品,并添加了注释。 等值线包围了最适合超新星数据(以宇宙临界密度为单位)的物质密度和暗能量(以宇宙学常数的形式)的值。
等值线显示一、二和三个标准差。 最适合的位置用十字标记。 其他观测测量到的物质量大约位于橙色线附近。
等高线几乎完全位于加速区域,而尚未加速的小斑块将来仍会加速。
改进分析
这篇新论文正在尝试做一些值得称赞的事情。 它正在尝试改进数据的统计分析(对其分析的评论看)。
随着我们获得的数据越来越多,测量的不确定性也越来越小,考虑到每一个细节就变得越来越重要。
事实上,在暗能量调查中,我们有三个人全职测试和改进我们用来比较超新星数据与理论的统计分析。
我们认识到改进统计分析的重要性,因为我们很快将拥有大约 3,000 颗超新星,用它们来测量加速度比最初的发现更精确,最初的发现只有 52 颗超新星。
这篇新论文重新分析的样本包含740颗超新星。
关于本文结论的最后一点说明。 作者认为非加速宇宙值得考虑。 没关系。 但你和我、地球、银河系和所有其他星系都应该通过引力相互吸引。
因此,一个以恒定速率膨胀的宇宙实际上和加速膨胀的宇宙一样奇怪。 你仍然需要解释为什么膨胀不会因为它所包含的一切的引力而减慢。
因此,即使本文提出的非加速论是正确的,解释仍然需要新的物理学,而寻找解释它的“暗能量”也同样重要。
健康的怀疑态度在研究中至关重要。 关于加速的原因以及是否只是由于我们对重力的理解尚未完成而产生的表观加速度,仍然存在很多争论。
事实上,这就是我们作为专业宇宙学家花费整个职业生涯来研究的问题。 这篇新论文和所有早期论文的共同点是,有一些事情需要解释。
超新星数据表明正在发生一些真正奇怪的事情。 解决方案可能是加速度,或者新的重力理论。 不管是什么,我们都会继续寻找。