加速中的宇宙:暗能量可能潜伏于真空虚无之中

作者: 来源:新浪科技 发布时间:2017年07月05日
 
最新研究认为宇宙膨胀是受真空携带能量波动影响,或者太空区域缺少物质。这种波动形成的压力迫使空间自身膨胀,随着宇宙年龄的增长,物质和能量的密度也将降低。  最新研究认为宇宙膨胀是受真空携带能量波动影响,或者太空区域缺少物质。这种波动形成的压力迫使空间自身膨胀,随着宇宙年龄的增长,物质和能量的密度也将降低。

  新浪科技讯 北京时间7月4日消息,据国外媒体报道,目前,最新一项研究有助于揭晓暗能量的自然属性,这些神秘物质使宇宙向外膨胀,暗能量可能从真空虚无波动中浮现出来。

  反过来这一观点也可以解释宇宙常量,爱因斯坦提出的一个数学常量被称为“他一生中最大的错误”。研究报告合著作者、加拿大英属哥伦比亚大学博士生王青迪(音译)称,这项最新研究认为宇宙膨胀是受真空携带能量波动影响,或者太空区域缺少物质。这种波动形成的压力迫使空间自身膨胀,随着宇宙年龄的增长,物质和能量的密度也将降低。

  加速中的宇宙

  科学家称一种力量促使宇宙膨胀达到一个宇宙常量(虽然从严格意义上讲它并不是一种“力量”),这个常量是太空自身的能量密度,如果它大于零,那么用于描述空间结构的爱因斯坦相对论方程式将暗示宇宙处于膨胀之中。上世纪90年代末期,天文学家勘测遥远超新星结果显示,宇宙处于加速之中,并不仅仅是膨胀。

  宇宙学家称这种能量促使暗能量加速,无论暗能量是什么,它驱散的速度比暗物质更加缓慢,同时,它不会在引力影响下堆积在一起。英国格林尼治皇家天文台博士后研究员卢卡斯·莫姆伯里瑟(Lucas Lombriser)指出,这种加速现象令物理学家非常困惑,因为它与预测的量子场理论相矛盾,该理论框架描述了微小亚原子微粒的互动关系。量子场理论预测真空能量非常大,宇宙根本就不存在。

  这项发现被称为“古老”的宇宙常量问题,同时,物理学家通常认为一旦发现新的物理理论,这个宇宙常量将消失 ,宇宙膨胀将以某些方式进行解释。莫姆伯里瑟说:“然而,当科学家发现宇宙的加速现象,新的问题出现了,依据理论计算,伴随着宇宙快速膨胀,宇宙常量应当比自身大50-120个数量级。”本质上,宇宙能量密度应当非常巨大,这是再明显不过的事情了。

  真空波动

  这项最新工作不仅解决暗能量的问题,而且也解释了宇宙膨胀的意义所在。王青迪说:“每个人都想知道暗能量是什么,我从宇宙能量密度的角度更加谨慎地思考了这一问题。”

  王青迪和同事假设现代量子场理论是正确的,能量密度非常大,但是真空波动或者真空运动,在微小比例下变化很大,接近“普朗克长度(物理学上最小的距离单位)”,普朗克长度非常小,质子比该单位大1万亿亿倍。

  王青迪说:“太空中的每一个点都通过膨胀和收缩,从远处看就像桌面一样平滑。”他构想的真空波动概念,就像是孩子在荡秋千一样,即使没有人推动,孩子在荡秋千时也会传递额外的能量,使秋千上升得更高。这种现象叫做“参量共振(parametric resonance)”,它意味着该系统的某些部分——膨胀和收缩,将随时间而变化,在这种情况下,宇宙非常小部分的密度也发生变化。

  由于这种波动是宇宙膨胀和收缩的一小部分,微小共振在宇宙等级上逐渐累积,从而导致了宇宙处于膨胀状态。依据王青迪的方法,这里不需要某些暗能量模型中的新的区域,相反宇宙膨胀与量子场理论所预测的是大致相同的。

  需要进一步观测

  莫姆伯里瑟说:“虽然王青迪的观点非常好,但并不意味着这是故事的结局,问题在于宇宙观测是否支持这一理论。迄今为止,他们可以证实在可观测的范围内,真空处于正确的活动范围。目前他们没有精确预测准确的观测值,但他们将在未来工作中进行深入研究。”

  其他一些物理学家也对王青迪的观点持怀疑态度,德国法兰克福高级研究所研究员萨宾·霍塞菲尔德(Sabine Hossenfelder)指出,在这些高能量标度下,传统广义相对论不再有效,因此它们的近似情况十分有趣,但它不是很合理,因为在这个极限条件下,我们应该使用量子引力(该理论我们并未使用)。

  研究报告合著作者、英属哥伦比亚大学物理学家威廉·昂鲁(William Unruh)说:“这项最新研究仅是该过程的第一步,但我认为这个研究方向值得追求的,我们的研究结果具有一定的启发性。”目前,这项研究结果发表在5月15日出版的《物理学评论D杂志》上。(叶倾城)

点击数: 【字体: 收藏 打印文章
观后心情
感动 同情 无聊 愤怒 搞笑 难过 高兴 路过