几十年来,科学家们一直对宇宙正在膨胀的事实感到困惑。 从逻辑上讲,引力应该拉动我们的星系更近但 20 世纪 90 年代的观察表明,宇宙不仅在膨胀,而且还在以看似加速的速度膨胀,科学家将其归因于。
暗能量(不要与暗物质) 是构成周围的假设力68.3%可观测宇宙中的能量,并将星系推开。 但是,尽管有大量间接证据证明暗能量的存在,但没有人能够直接探测到暗能量,或者充分解释它的来源。
现在,一项新的研究可以解决这一切。 答案? 暗能量是完全有道理的……假设宇宙中最基本的定律之一在我们没有注意到的情况下被违反了。
这个基本定律就是能量守恒定律,这是一个大问题。 这是我们在高中科学中学到的定律,即孤立系统中的能量既不能被创造也不能被破坏——它只能改变形式。 它支撑着最基本的物理学。
但这项新研究认为,如果宇宙在其最初的日子里巧妙地泄漏能量,它可以解释我们今天看到的暗能量。 重要的是,该团队还表明,法律可能会以如此小的方式被违反,我们甚至不会注意到它。
那么为什么需要如此激进的假设呢? 这一切都归结于我们与暗能量有关的问题,为了解释这些问题,我们需要回到 1917 年,当时爱因斯坦试图弄清楚为什么宇宙是静态的,而不是膨胀或收缩,这是当时的假设时间。
为了解释引力收缩的缺乏,爱因斯坦认为一定有某种东西在宇宙尺度上抵抗引力,他称之为“引力收缩”。宇宙学常数。
但他差不多1929年放弃了这个想法当天文学家埃德温·哈勃看到宇宙膨胀的第一个迹象时,他的计算中出现了一个假设的扳手。
然后,在20世纪90年代初,科学家们表明宇宙正在加速膨胀,爱因斯坦常数再次变得重要。
研究人员认为,爱因斯坦几十年前一直在研究的物质实际上一定是我们现在所说的暗能量。
那么什么是暗能量呢? 一般的想法是,它是一个源自真空的宇宙常数。
感谢量子力学,我们知道真空是实际上从来没有空过- 它充满了奇怪的量子粒子和突然出现和消失的能量,其中一个奇怪的粒子可能带有排斥力,又称暗能量。
唯一的问题是,我们预测通过该过程产生的“暗能量”的数量远远超过了观测到的宇宙膨胀所能解释的——准确地说,最多多出 120 个数量级。
这意味着要么我们没有正确测量它,要么我们仍然不明白暗能量从何而来。
这项新研究表明后者可能在发挥作用,并提出了一个新的假设。 如果宇宙在早期巧妙地泄漏能量,并且损失的能量决定了暗能量的值,该怎么办?
“在该模型中,暗能量可以记录宇宙历史上损失了多少能量和动量,”团队成员之一亚历杭德罗·佩雷斯(Alejandro Perez)说道,告诉科学。
这个新假设的基础是另一种模型爱因斯坦在1910 年代称为单模引力,其中指出能量不需要守恒。
研究小组表示,如果将这种单模引力模型应用于计算,那么宇宙常数的值将与宇宙加速膨胀的观测结果完美匹配。
重要的是,它也不一定会过多地干扰我们目前对宇宙的理解。 尽管早期宇宙中能量的消失显着影响了暗能量的值,但它实际上不会影响其他太多,或者通过今天的实验可以注意到。
“来自物质成分的能量可以被传递给引力场,这种‘能量损失’将表现为一个宇宙学常数——它不会被后来的宇宙膨胀所稀释,”团队成员之一蒂博·乔塞特(Thibaut Josset)说道。Phys.org 的 Lisa Zyga 说道。
“因此,在遥远的过去,微小的能量损失或创造可能会在今天产生大规模的重大后果。”
但这里有一个大问题——如果消失的能量除了改变暗能量的值之外没有对宇宙留下任何持久的影响,那么我们就没有办法测试这个假设是否正确。
“我们的建议非常笼统,任何违反能量守恒定律的行为都将有助于形成有效的宇宙学常数。这可能会为标准量子力学之外的现象学模型设定新的限制。”乔塞特告诉 Phys.org。
“另一方面,暗能量源自能量不守恒的直接证据似乎在很大程度上是遥不可及的,因为我们今天可以获得 lambda [宇宙常数] 的值,并且只能在后期对其演化进行限制”。
所以就目前而言,这个假设仍然只是一个尚未得到检验的假设。 但物理学家表示,他们希望在未来进一步研究这种可能性。
加拿大滑铁卢周边理论物理研究所的理论家李·斯莫林(Lee Smolin)并未参与这项研究,“这绝不是确定的”,告诉科学。“但是……这是一个可能是正确的新想法,因此值得引起兴趣。”