暗能量研究寄望引力子 或解釋宇宙加速膨脹之謎

作者:一一奇聞 目錄:科學探索  時間:2022-02-26 

  從月球彈回激光束的實驗可能探測到繞月軌道的異常現象,這有助于解釋暗能量的本質(圖片來源:NASA)

  電影美國《華爾街》中有一句名言:“貪婪是好事”,這條準則很快就會被宇宙學家用來解釋暗能量的起源。這種神秘的東西正在加速宇宙的膨脹。

  在近日于英國劍橋市召開的一個宇宙學會議上,參會者討論了一種有爭議的理論——重力是由一種假想的引力子傳遞的。這一粒子會吞噬來自空間的巨大能量,使得宇宙以一種加速卻非破壞性的速度擴張。

  20世紀90年代后期,天文學家發現宇宙膨脹正在加速,研究人員一直致力于解釋這一假想實體(被稱為暗能量)的本質,以及為什么這種加速如此微弱。

  其中最有根據的一個猜測是,暗能量是真空的一種固有屬性。粒子物理學預測了這種真空能量的存在,且應該比解釋天文學家觀測到的宇宙膨脹加速現象所需要的能量還要大10120倍。然而,如果暗能量果真如此之大,宇宙應該在恒星和星系形成之前就分崩離析了。

  2010年,美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學宇宙學家Claudia de Rham和她的同事想到了一個令人吃驚的觀點,如果大部分暗能量被假想的引力子吞沒,那么暗能量可能就是真空能量了。物理學家通常認為,引力子作為傳遞重力的基本粒子,和其他為人們所熟知的粒子類似——這些粒子傳遞另外3種自然界的基本作用力,分別是:電磁力、弱核力和強核力。

  大部分物理學家假定,引力子和光子一樣沒有質量,因此重力可以擴展到整個宇宙空間。de Rham說:“我們知道,重力是遠程的,因為我們感覺到來自太陽的重力——其為一個引力子能夠有多大設置了范圍。”她和同事意識到,如果假設引力子只有微乎其微的質量——小于電子伏特的10-33,引力子仍能符合所有天文觀測的條件。(相比之下,中微子——已知的最小的質量非零的粒子,質量相當于1電子伏特,而電子的質量約相當于51.1萬電子伏特。)

  美國紐約大學宇宙學家Mark Wyman表示,de Rham的團隊首次公開其引力子模型時引起了巨大轟動,因為幾乎沒有什么好的方法能破解暗能量之謎。他說:“突然有一系列理論能夠真正深入了解暗能量。”此外,無需添加新的和外來粒子或空間的額外維度,引力子就能解釋宇宙最大的謎團,使得其成為一個“極簡主義的解決方案”,de Rham這樣描述它。

  但是這一想法差點被扼殺在萌芽狀態,Wyman補充道,物理學家開始審視這一理論并發現一些可能存在的問題。其中一個擔心是,該理論可能包含隱藏的“幽靈”——含有負能量的領域且不能存在于現實中,但是其他人并不贊成這種擔憂。de Rham說:“使用‘幽靈’一詞是因為它們非常可怕,如果其確實存在,它們能摧毀任何一種理論。”de Rham堅定地認為她的模型不存在所謂的幽靈。

  研究人員已經提出,在de Rham的原始模型上,存在種類繁多的其他類型的變量。例如,2011年,瑞典斯德哥爾摩大學宇宙學家Sayed Fawad Hassan和美國紐約哥倫比亞大學的Rachel Rosen提出,將兩種類型的引力子結合在一個模型中,一個是質量巨大的,另一個是無質量的。然而,這要求宇宙由兩個互相重疊且相互作用的構造組成。

  在劍橋會議上,包括de Rham在內的一些宇宙學家各自展示了一系列模型——兩種相互影響的構造能自然地使時空加速。這能形成暗能量效應,宇宙學家一直通過另一機制(不需要任何真空能量)來觀察它。

  de Rham說,這些理論能否站得住腳取決于它們能否作出經得起實驗檢驗的預測——區分標準宇宙論和重力。這些實驗很快在太陽系內開展,因為重力模型預測,在地球和月球間存在一個引力場——和普通重力略有不同。

  在地球和月球之間進行的激光實驗目前測量了兩者的距離和角度。de Rham說:“我們距離檢測到重力僅咫尺之遙。”

  然而,盡管已經發現這些實驗證據,一些人仍對整個重力設想持懷疑態度。德國慕尼黑大學宇宙學家Viatcheslav Mukhano說,盡管最初他也被該理論的簡易性所吸引,但和新時空連接且增加額外的引力子,使得其人為痕跡過于嚴重。Mukhano說:“我認為暗能量問題需要一個更優雅的解決方案。”

  Wyman則表示,優雅僅僅是個人喜好問題。他說:“如果他們能選定一個引人注目的獨特模型來解釋暗能量,我認為人們想不注意到都難。接下來幾個月將要發生的事將決定該理論和現實世界是否有關聯性,或者它僅僅只是曇花一現。”

本文地址:https://www.www.wuyouwg.com/shougong/108153
本文標題:暗能量研究寄望引力子 或解釋宇宙加速膨脹之謎
版權聲明:本文為原創文章,版權歸 一一奇聞 所有,歡迎分享本文,轉載請保留出處!