新研究表明,若修訂愛因斯坦相對論中 “缺陷 ”問題,則可能改寫宇宙規則
23 觀看·2024年5月20日
爱因斯坦的广义相对论自1915年提出以来一直是我们理解宇宙的基础。但当应用于宇宙大尺度结构时,出现了与理论不符的现象,暗示了理论可能存在局限。3月20日,《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上发表的研究提出了修正理论,称之为"宇宙故障",可能帮助解释宇宙中的一些谜团。
广义相对论在大尺度上预言了黑洞、引力透镜、引力波和宇宙大爆炸等,这些预言都得到了观测证实。但在量子尺度上,广义相对论与实际观测存在不一致,导致量子引力问题至今未解。此外,为了构建完整的宇宙模型,引入了暗物质和暗能量的概念,它们占据了宇宙约95%的质量能量,但尚未被直接探测到。
为了解决这些问题,研究者提出了一个修正方案:在不同尺度上微调宇宙常数。研究表明,在银河系和太阳系的小尺度范围内,宇宙的引力常数比大尺度上弱约1%。这一变化可能需要对引力理论进行修正或扩展,以解释不同尺度上的引力行为,并可能影响对宇宙年龄、大小和演化速度的估计。
研究人员认为,下一代天文巡天计划如欧空局的Euclid太空望远镜、DESI和西蒙斯天文台等,将能更精确地检验或排除这一理论。但有科学家认为,对广义相对论的简单修正可能无法根本解决问题,需要重新审视对宇宙根本性质的理解。
目前,科学界尚未提出一个全新的理论框架来重新认识宇宙的本质,但挑战和探索将继续,以揭开宇宙的更多奥秘。
愛因斯坦廣義相對論自1915年發表以來
一直是我們理解宇宙大尺度結構的基石理論
然而當我們將視野擴展到星系團
甚至星系超團的尺度時
一些與理論預期不符的現象開始浮現
這些現象表明
在宇宙學這一最大的尺度上
重力的強度可能與我們
根據廣義相對論的預期存在差異
這是不是意味着愛因斯坦的相對論
在某種程度上也是不完美的
在3月20日發表於著名學術期刊
來自多個國家的科學家團隊
提出了一種新的修正理論
並將這一理論與廣義相對論
在宇宙尺度上的差異統稱爲宇宙故障
他們認爲這一修正理論
有望揭開宇宙中最令人困惑和深奧的謎團
這個理論就像試圖在一個球體表面
拼湊一個平面拼圖
當你試圖將這些拼圖碎片
強行拼湊在一起時
不可避免的會出現明顯的縫隙和不協調之處
就像在某個臨界點
如果選擇了一個錯誤的參考框架和幾何形狀
那麼這些碎片將無法完美地拼接在一起
這一比喻不僅形象地揭示了現有理論的侷限
也爲我們理解宇宙的複雜性
提供了一個全新的視角
廣義相對論在描述宇宙大尺度現象時
表現非常出色
它不僅預言了黑洞、引力透鏡、引力波
以及宇宙大爆炸的存在
而且這些預言後來全部在觀測中得到了印證
然而當試圖將這一宏觀理論應用於量子尺度時
原本穩固的方程式便變得前沿不往往
量子引力這一困擾物理學幾十年的難題
至今仍未能找到令人滿意的解決方案
另一個需要解決的難題是
爲了拼湊出一個更爲完整的宇宙模型
我們不得不引入兩個神祕的新物質形態
暗物質和暗能量
雖然觀測數據表明
暗物質和暗能量合計佔據了宇宙大約95%的質量能量
但它們本身從未被直接探測到過
其本質也仍然是個謎
更麻煩的是
暗物質和暗能量難以解釋不同區域的宇宙
爲何膨脹速度存在差異
爲了解決這些有問題的謎題
作者們提出了一種非常直接的修正方案
在不同的距離尺度上微調愛因斯坦廣義相對論中的宇宙常數
作者們表示
他們的修正思路非常直白
就是假設宇宙常數在宇宙的大尺度上
與在太陽系或銀河系等小尺度上存在一定差異
論文作者阿夫肖迪教授表示
他們發現了宇宙故障的證據
也就是在銀河系和太陽系這種小尺度範圍內
宇宙的引力常數約比在更大尺度上弱1%
而這1%的變化
又可能導致我們還需要對引力理論進行修正或擴展
才以解釋在不同尺度上的引力行爲
此外宇宙常數的變化可能會影響人類宇宙學參數的測量
如哈勃常數
這又關係到我們對宇宙年齡
大小和演化速度的估計
研究人員認爲
下一代大型天文尋天計劃
比如歐空局的Euclid太空望遠鏡
暗能量光譜儀器
以及美國的西蒙斯天文臺等
將能以更高精度檢驗或排除他們提出的這一理論
然而也有科學家認爲
對廣義相對論的簡單修正
可能無法從根本上解決目前的困境
天文觀測所反映的種種反常現象
恰恰意味着我們需要重新審視對宇宙根本性質的理解
卡內基梅隆大學物理學系教授斯科特·多德爾森
對於這個理論也有不同的看法
他表示這個新模型與觀測數據的吻合程度較高
這並不令人驚訝
但它可能在向我們傳達某種更爲深層次的信息
如果真是這樣
那就意味着人類目前對宇宙的理解
還遠遠不夠透徹
仍有太多未解之謎
雖然現在物理學家對現有理論
還需要一個全新的理論框架
來重新認識宇宙的本質
但截至目前
科學界還沒有任何一個令人信服的新理論被提了出來
至少在近一百年
已經沒有出現顛覆性的物理學理論了
無疑解開宇宙的種種謎團
將是一個漫長而曲折的過程
需要理論物理學家和觀測天文學家的長期通力合作
在這一進程中
挑戰定會存在
但只要堅持不懈
最終必將揭開宇宙的更多奧祕

