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黑暗势力正在搞乱宇宙

发布时间:2019-02-26 15:59:44 来源:

宇宙的扩张速度仅比理论规定的快9%。但这种轻微的差异引起了天文学家的兴趣,他们认为这可能揭示了宇宙的新事物。

大脑很难将我们所看到的与我们所做的事情联系起来

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据约翰霍普金斯大学的天文学家团队称,宇宙似乎正在以更快的速度扩张。宇宙的扩张速度仅比理论规定的快9%。但这种轻微的差异引起了天文学家的兴趣,他们认为这可能揭示了宇宙的新事物。(来源:纽约时报)

你可能会说,部队中存在骚乱。

很久很久以前,当宇宙只有大约10万年之久 - 一团嗡嗡作响,不断膨胀的粒子和辐射 - 一个奇怪的新能源场开启了。这种能量充满了宇宙反重力的空间,为宇宙的扩张提供了不那么温和的推动力。

然后,又过了10万年左右,新的领域只是眨了眨眼,除了加速的宇宙之外别无痕迹。

哈勃发现具有600万亿太阳亮度的类星体

哈勃太空望远镜发现了早期宇宙中最明亮的类星体,它的亮度约为600万亿太阳。天文学家利用美国宇航局/欧洲航天局望远镜的数据找到了古代的类星体......

这是一个由约翰霍普金斯大学的少数天文学家发布的奇怪故事。在过去的大胆和投机性的飞跃中,团队已经假定这个领域的存在来解释一个天文谜题:宇宙似乎正在扩张得比它应该更快。

宇宙的扩张速度仅比理论规定的快9%。但这种轻微的差异引起了天文学家的兴趣,他们认为这可能揭示了宇宙的新事物。

因此,在过去的几年里,他们一直在研讨会和会议中搜集他们以前的测量和计算中的错误或漏洞,到目前为止无济于事。

“如果我们要认真对待宇宙学,那就是我们必须认真对待的事情,”哈佛理论家Lisa Randall说道,他一直在思考这个问题。

最近在芝加哥举行的会议上,伊利诺斯州巴塔维亚费米国家加速器实验室的理论家约什·弗里曼问道:“我们在什么时候声称发现了新的物理学?”

现在想法出现了。一些研究人员说,这个问题可以通过推断以前未知的亚原子粒子的存在来解决。其他人,如约翰霍普金斯集团,正在引用新的能源领域。

更令人困惑的是,已经有一个力场 - 称为暗能量 - 使宇宙膨胀得更快。一项新的,有争议的报告表明,这种暗能量可能会越来越强,越来越密集,导致未来原子被撕裂而时间结束。

到目前为止,没有证据表明大多数这些想法。如果有任何结果是正确的,科学家们可能不得不重写有关宇宙起源,历史和命运的故事。

或者这都可能是一个错误。天文学家有严格的方法来估计统计噪声和其他随机误差对其结果的影响; 对于未经审查的称为系统错误的偏见,情况并非如此。

正如芝加哥大学的温迪·弗里德曼(Wendy L. Freedman)在芝加哥会议上所说的那样,“未知的系统性最终会让你感到高兴。”

哈勃麻烦

几代伟大的天文学家试图测量宇宙。有争议的是一个名为哈勃常数的数字,以威尔逊山的天文学家埃德温哈勃命名,他在1929年发现宇宙正在膨胀。

随着空间的扩大,它会像上升蛋糕中的葡萄干一样远离彼此。两个星系越远,它们相互飞离的速度就越快。哈勃常数简单地用多少来表示。

但是为了校准哈勃常数,天文学家依赖标准蜡烛:物体,如超新星爆炸和某些变星,其距离可以通过亮度或其他特征来估算。这就是争论开始的地方。

直到几十年前,天文学家还不能将哈勃常数的值在两倍之内达成一致:每兆比特每秒50或100公里。(一个百万像素是326万光年。)

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欧洲航天局提供的图像,2009年在法属圭亚那库鲁的欧空局太空港的欧洲普朗克航天器的工人。欧空局的欧几里德是两个旨在研究暗能量的太空任务之一 - 一个反引力力量占宇宙质量能量的70% - 并希望在未来十年内提供明确的答案。(来源:纽约时报)

但是在2001年,一支使用哈勃太空望远镜并由弗里德曼领导的团队报告的值为72.对于距离我们更远的每一个物探星,它的速度都快72公里/秒。

约翰霍普金斯大学和太空望远镜科学研究所的Adam G. Riess和其他人最近的努力获得了类似的数字,天文学家现在表示他们已将哈勃常数的不确定性缩小到仅2.4%。

但新精度带来了新的麻烦。这些结果非常好,现在他们不同意欧洲普朗克航天器的结果,该航天器预测哈勃常数为67。

天文学家认为,这种差异(9%)听起来很致命,但可能不是,因为普朗克和人类天文学家做了非常不同的观察。

普朗克被认为是宇宙学的黄金标准。它花了四年的时间研究宇宙大约38万年前宇宙大爆炸结束时留下的微波宇宙浴。但它没有直接测量哈勃常数。相反,普朗克小组从主要基于那些微波的数学模型中导出了常数和其他宇宙参数的值。

简而言之,普朗克的哈勃常数基于宇宙宝贝图片。相比之下,经典的天文学价值来源于宇宙学家谦虚地称之为“局部测量”,即几十亿光年深入中世纪宇宙。

如果婴儿照片遗漏或掩盖了宇宙的一些重要特征怎么办?

'Cosmological Whac-a-Mole'

因此,宇宙学家们在加利福尼亚大学戴维斯分校的天体物理学家劳埃德·诺克斯(Lloyd Knox)在最近的芝加哥会议上称之为“宇宙学鲸鱼鼹鼠”:试图修复早期宇宙的模型,使之成为现实。在不破坏模型已经做得很好的情况下,扩展一点点。

一些天体物理学家认为,一种方法是在早期宇宙中添加更多种类的轻质亚原子粒子,如幽灵般的中微子。(物理学家已经认识到三种中微子并且争论是否有第四种中性的证据。)这些会给宇宙留出更多的空间来储存能量,就像你的梳妆台中的更多抽屉允许你拥有更多的袜子一样。根据宇宙大爆炸的数学运算,宇宙会更加迅速地膨胀,并且希望不会弄乱微波婴儿照片。

来自约翰霍普金斯大学的一个更激进的方法,引发了外来的反引力能量场。这个想法利用了弦理论的一个方面,即推定但未经证实的“一切理论”,认为现实的基本成分非常微小,扭曲了弦。

弦理论表明,空间可能存在与轻质粒子相关的外来能量场或未被发现的力量。这些领域,统称为国粹,可以反对引力,并可能随着时间的推移而改变 - 突然出现,腐朽或改变它们的影响,从排斥到有吸引力的转变。

该团队特别关注与称为axions的假想粒子相关的场的影响。该团队在去年年底的一篇论文中报道说,如果宇宙大约有10万年的时间,就会产生一个这样的领域,它可以产生恰当的能量来解决哈勃的差异。他们将这种理论力量称为“早期暗能量”。

“我对它的出现感到惊讶,”参与该研究的约翰霍普金斯大学宇宙学家Marc Kamionkowski说。“这很有效。”

陪审团还在外面。Riess说这个想法似乎有效,这并不是说他同意它,或者说它是对的。在未来的观察中表现出来的自然将具有最终的发言权。

诺克斯称约翰霍普金斯论文“存在证明”哈勃问题可以解决。“我认为这是新的,”他说。

然而,兰德尔对约翰霍普金斯大学的计算方面提出了异议。她和三位哈佛大学博士后正在研究一个类似的想法,她说这个想法也很有效,而且在数学上是一致的。“这是新颖的,非常酷,”兰德尔说。

到目前为止,聪明的钱仍然存在宇宙混乱。芝加哥大学的资深宇宙学家,最近播出的哈勃紧张局势的组织者迈克尔特纳说:“事实上,所有这一切都超越了我们所有人的头脑。我们感到困惑,并希望这种混乱会导致一些好事!“

末日?不,没关系

早期的黑暗能量吸引了一些宇宙学家,因为它暗示了宇宙历史中两个神秘事件之间或之间的联系。正如里斯所说,“这不是宇宙第一次扩张太快。”

第一集发生在宇宙不到一万亿分之一秒的万亿分之一时。那时,宇宙学家猜测,猛烈的气球推动了大爆炸; 这个事件被麻省理工学院的宇宙学家艾伦·古斯(Alan Guth)命名为“通货膨胀”,这一事件在万亿分之一秒的一小部分中得以平滑,并将最初的混乱平息到今天观察到的更有序的宇宙中。没有人知道是什么推动了通货膨胀。

第二集今天正在展开:宇宙扩张正在加速。但为什么?这个问题在1998年曝光,当时两个相互竞争的天文学家团队询问星系的集体引力是否可能会使扩张速度减慢到足以让有一天将所有因素拖入大致紧缩状态。

令他们惊讶的是,他们发现了相反的结果:在后来被称为暗能量的反引力的影响下,扩张正在加速。这两支队伍获得了诺贝尔奖。

暗能量占宇宙质量能量的70%。并且,它的表现非常像一种被称为宇宙学常数的软糖因子,这是一种宇宙排斥力,爱因斯坦在一个世纪前插入他的方程中,认为它可以防止宇宙在自身重量下坍塌。他后来放弃了这个想法,也许太早了。

在黑暗能量的影响下,宇宙现在每100亿年翻一番 - 到最后,没有人知道。

早期的黑暗能量,约翰霍普金斯集团所引用的力量,可能代表了第三集反重力接管宇宙并加速它。也许所有这三集都是宇宙同样潜在倾向的不同表现,即偶尔流氓和加速。在一封电子邮件中,里斯说,“也许宇宙不时会做到这一点?”

如果是这样,那就意味着暗能量的当前表现毕竟不是爱因斯坦的常数。有一天它可能会眨眼。这将减轻天文学家和其他所有人关于宇宙未来的存在主义噩梦。

如果暗能量保持不变,我们银河系外的所有物体最终都会以比光速更快的速度离开我们,并且将不再可见。宇宙将变得毫无生气,完全黑暗。

但是,如果暗能量是暂时的 - 如果有一天它会关闭 - 宇宙学家和形而上学家都可以回过头去思考一个明智的明天。

“一个吸引人的特点是,人类可能会有未来,”卡内基梅隆大学的理论家斯科特·多德尔森说,他已经探索过类似的情景。

幽灵宇宙

但未来仍有待争夺。

根据自然天文学最近的一篇报道,宇宙中的暗能量实际上已经超过了宇宙时间,而不是关闭。如果这种情况持续下去,宇宙可能会在天文学家称之为大裂缝的一天结束,原子和基本粒子被撕裂 - 也许是最终的宇宙灾难。

这种可怕的情景来自意大利佛罗伦萨大学的Guido Risaliti和英国杜伦大学的Elisabeta Lusso。在过去的四年中,他们探索了宇宙的深层历史,使用称为类星体的遥远的遥远的大灾变作为距离标记。

类星体来自星系中心的超大质量黑洞; 它们是自然界中最明亮的物体,在宇宙中可以看得清晰。作为标准蜡烛,类星体并不理想,因为它们的质量变化很大。然而,研究人员发现了类星体排放的一些规律,使得宇宙的历史可以追溯到近120亿年。该团队发现宇宙膨胀率在这段时间内偏离了预期。

对结果的一种解释是,暗能量毕竟不是恒定的,而是在变化,越来越密集,因此在宇宙时间上变得更强。碰巧这种暗能量的增加也足以解决哈勃常数测量中的差异。

坏消息是,如果这个模型是正确的,暗能量可能是特别致命的 - 并且 - 大多数物理学家说 - - 不可思议的形式称为幻象能量。例如,它的存在意味着物质可以通过加速来损失能量。达特茅斯物理学家罗伯特·考德威尔(Robert Caldwell)称之为“坏消息”。

随着宇宙膨胀,来自幻象能量的推动将无限制地增长,最终克服重力并撕裂第一个地球,然后撕裂原子。

哈勃恒定社区谨慎回应新报告。“如果它坚持下去,这是一个非常有趣的结果,”弗里德曼说。

天文学家一直试图将这种暗能量的测量值用了二十年。两个太空任务 - 欧洲航天局的欧几里德和美国宇航局的Wfirst--旨在研究暗能量,并希望在未来十年内提供明确的答案。宇宙的命运受到威胁。

Riess表示,与此同时,包括幻影能量在内的一切都需要考虑。

他在一封电子邮件中写道:“在通过新物理学解决紧张局势的可能方案列表中,提到像这样的奇怪黑暗能量似乎是合适的。” “哎呀,至少他们的黑暗能量朝着正确的方向前进,以解决紧张局势。它本可以走另一条路,让它变得更糟!“

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