科学家给出宇宙加速膨胀的另一种解释

科技工作者之家  |   2017-12-20 18:15

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▲图片来源于网络。

加州大学戴维斯分校的数学家布莱克·坦普尔和泽克·沃格勒,以及密歇根大学的乔尔·斯莫勒,找到了在不引入暗能量概念的情况下解释广义相对论的方法,他们的论文发表在最近出版的英国《皇家科学院院刊-系列A》上。论文认为爱因斯坦的广义相对论的原始方程式,实际上预测了宇宙加速起因于其“不稳定性”。

 大约20年前,天文学家意外发现,宇宙不仅在膨胀,并且还在加速膨胀。为了解释这一点,宇宙学家想出了一种叫做“暗能量”的神秘力量,认为它能够使空间分开。 

在为广义相对论写出引力方程式后不久,爱因斯坦引入了一种叫做宇宙常数的“反重力因子”用来平衡万有引力,从而制造出静止宇宙。但是,爱因斯坦后来称,宇宙常数是他最大的错误。

在开始研究宇宙加速和暗能量时,现代宇宙学家们根据新的认识认为,暗能量在宇宙所起的作用可能和宇宙学常数一样。 

坦普尔等三位数学家找到了不引入暗能量概念解释广义相对论的方法。

坦普尔等认为,原始的广义相对论在其他各种条件下都能做出正确的预测,况且并没有直接证据支持暗能量的存在。那为什么要在看来正确的方程中加入一个“捏造的因子”(暗能量或宇宙常数)呢?他们主张原始方程没错,而“弗里德曼宇宙”假设星系均匀膨胀却是错误的,不论有无暗能量。因为其结构是不稳定的。

爱因斯坦的引力方程式表明,“弗里德曼时空”实际上不是一个稳定的时空:任何扰动——例如,若某些物质的密度比平均值稍低,就会进入宇宙加速膨胀。 

其不稳定性好比一个倒置的钟摆,摆锤在静止时会稳定在最低点上。假设将一个刚性的摆调转向上,如果它的位置为正中的话,它应该能够向上保持平衡,但是只要一点点风吹草动就会使它偏离正中。

研究者认为,因为弗里德曼宇宙是不稳定的,我们不应试图去测量它,而应该测量加速较快的局部时空。值得注意的是,由不稳定性出现的局部时空所表现的加速范围,恰好与暗能量模型得出的宇宙加速度一致。

这表明,星系的加速度可以根据广义相对论的原始理论预测,根本不需要激发宇宙常数或者暗能量。

科界原创

编译:馥莉  审稿:三水   编辑:张梦

原文链接:https://phys.org

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