暗能量之謎:宇宙中最大的能量庫之謎是否已解決?

2020-11-25 科普直難

多年來,科學家一直在努力探索暗能量的奧秘,暗能量佔宇宙所有能量的70%以上。最近,來自美國的研究人員根據蘇聯科學家的想法提出了關於其性質的大膽解釋。是否揭示了現代宇宙學最令人興奮的謎團之一?

由 夏威夷大學的凱文·克羅克(Kevin Crocker)領導的一組天體物理學家發表了關於暗能量本質的大膽假設。回想一下,這是一種神秘的物質,會加速宇宙的膨脹。根據他們的概念,這都是關於類似於黑洞的奇異物體的。這些天體出生於第一批恆星的死亡,離開了銀河系,並在星際膨脹中消失了。這些奇怪的黑洞雙胞胎使宇宙加速膨脹。

作者認為,他們的假設與所有觀察數據都一致。但是,宇宙中最大的能量儲存器的奧秘真的解決了嗎?

陷入困境的宇宙

早在1920年代,理論家和觀察家都發現宇宙正在膨脹。這意味著星系彼此散射,它們之間的距離增加。同時,星系,恆星和行星本身不膨脹,其大小保持不變。

對於現代天文學,宇宙的膨脹與原子的存在一樣是不可改變的事實。從字面上看,在對其他星系的所有觀測中,都必須考慮到這種現象;沒有它,就無法解釋獲得的結果。

然而,在1998年,一個令人驚訝的事實被發現:宇宙不是均勻地擴展,而是在加速發展。為了取得這一成就,索爾·珀爾默特(Saul Perlmutter),布萊恩·施密特(Brian Schmidt)和亞當·裡斯(Adam Riess)獲得了2011年諾貝爾物理學獎。從那時起,觀察者就反覆證實了宇宙加速膨脹的事實。它以幾種獨立的方式得到了證實,而今天幾乎是毫無疑問的。

但是,產生這種加速度的力是什麼?奇怪的是,這是引力,不僅沒有吸引力,而且令人反感。

全球非重力

結合空間,時間和引力的最成功的現代理論是愛因斯坦的廣義相對論(GR)。它於1916年發布,從那時起,就已經在實驗和天文觀測中測試了其各種效果。此外,在衛星導航系統的日常操作中必須考慮到該理論預測的時間膨脹。

但是,GRT有一個自相矛盾的結果,近一個世紀以來一直沒有得到檢驗。據他說,引力並不總是引力。從理論上講,它也可以是一種排斥力。這種「反重力」是由負質量(甚至不要試圖想像它是什麼)或負壓力產生的。

幾乎在整個20世紀,實驗物理學家和觀測天文學家都沒有遇到過類似的情況。然後發現了宇宙的加速擴展。

專家計算得出,如果空間充滿負壓的特定區域,則其「反重力」將以加速的方式推動宇宙。沒錯,為了使這種加速與觀測數據保持一致,神秘領域必須佔宇宙總能量的70%以上。

正是這個場以排斥引力加速了宇宙的膨脹,被稱為暗能量。但是,命名並不意味著要解釋。這種物質是從哪裡來的,是什麼?它是否均勻地分布在空間上(正如大多數理論家所認為的那樣),還是收集在一些塊狀,緊湊的天體中?

對於這些問題,仍然沒有可靠,可靠,公認的答案。但是克羅克和他的同事聲稱,答案早在謎題出現之前就給出了。1966年,蘇聯科學家Erast Gliner從理論上考慮了可以「製造」暗能量的物體。

在黑洞的面具下

一位蘇聯理論家提出了所謂的引力星的想法。他建議在密度非常高的物質下,其壓力變為負值。這意味著在其中達到這種密度的物體將成為排斥重力的來源,即實際上是暗能量的凝塊。

出人意料的是,這根本不意味著所有物質都開始從這些物體上飛散,就像風扇發出的絨毛一樣。相反,它非常樂意落在他們身上。對於觀察者來說,每個重力星點實際上都與黑洞沒有區別。但是,它們一起導致宇宙加速膨脹。

在他們的工作中,克羅克和他的研究小組提出了他們自己的引力星,他們稱之為普通的暗能量物體(暗能量的通用物體,或稱為GEODEs)。 ... 如您所知,巨大的恆星以這樣的大災難結束了生命。代替了爆發,剩下了緊密的殘餘物,它變成了中子星,或者(對於最大質量的星)變成了黑洞。

大多數專家認為,宇宙中的第一代恆星僅由極重的物體組成。它們的質量可能達到數百甚至數千個太陽。關鍵在於形成第一顆恆星的材料的化學成分。僅當體重達到如此巨大的數值時,熱核反應才開始。

這意味著第一代恆星必須在超新星軍團的壯觀火勢表演中消失。同時,如果克羅克和他的同事的概念正確的話,黑洞就大量形成了……或稱為GEODE。作者計算得出,這種引力星的數量足以為宇宙提供暗能量。

此外,科學家得出的結論是,那個時代出生的大多數GEODE離開了星系,並在整個星際間的廣闊區域或多或少地均勻分布。它們幾乎是不可能注意到的,因此觀察者無法以任何方式確認引力星的存在也就不足為奇了。除了宇宙加速擴張的事實之外,什麼都沒有。

想要的還是真實的?

乍一看,克羅克和同事的概念很吸引人。他們沒有引入任何性質未知的領域來解釋暗能量。作者局限於1960年代以來理論家所討論的對象。這是按照奧卡姆(Occam)原則精神進行的回答,該原則受到了科學家的高度重視:您不應發明不必要的實體,必須首先通過已知的概念來解釋事實。

但是,引力之星的概念是否足夠可靠,足以在其幫助下進行解釋?在這個分數上,專家們有很大的疑問。

RAS物理與數學科學博士,LD蘭道理論物理研究所首席研究員RAS院士Alexei Starobinsky指出:「此類對象沒有內部一致的理論模型。」

Starobinsky指出,Gliner的1966年著作只是試圖建立引力星理論,但以失敗而告終。從那時起,這種嘗試便定期進行,每次都失敗了。到目前為止,還沒有人能夠提供一種連貫的,邏輯上一致的理論,可以從中得出這些對象的存在。

GEODE誕生於超新星爆炸的想法也容易受到批評。

「假設作者考慮的物體可能是在宇宙中的第一顆恆星坍塌時產生的假設,這是沒有根據的,」俄羅斯科學院物理與數學博士,劍橋大學應用數學和理論物理系客座研究員,物理和數學博士帕維爾·伊凡諾夫說。

這位科學家還懷疑,即使存在GEODE,它們也可能「製造」暗能量。伊萬諾夫指出:「作者從緻密物體的性質中得出宇宙膨脹參數的數學程序令人懷疑。」

換句話說,克羅克研究小組對暗能量本質的解釋似乎令人信服(至少目前還沒有)。然而,根據斯塔諾賓斯基的觀點,理論家至少應該牢記重力星存在的假設,因為它可以成為新思想的來源。有一天可能會建立關於此類對象的一致理論。

同時,暗能量的本質仍然是一個令人興奮的謎。

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