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破解宇宙膨胀之谜,要靠新型暗能量

破解宇宙膨胀之谜,要靠新型暗能量
2021年03月05日 15:40 新浪网 作者 科学大观园杂志社

  

  宇宙始于138亿年前的一次大爆炸,之后它便开始向四面八方膨胀,一直持续至今。尽管物理学家们都一直赞同这个假设,但仍有一道难题,他们未能解答:为什么用不同方法测量宇宙的膨胀速率会得到不同的结果?是测量方法出问题了吗? 还是宇宙中存在一些物理学家未曾发现的现象?

  南丹麦大学(SDU)的宇宙学教授 Martin S. Sloth等人认为,答案很可能是后者。

  在《物理评论D》杂志最近刊发的一篇研究论文中,他和博士后同事Florian Niedermannn提出:宇宙中还存在一种尚未进入大众视野的暗能量。如果将这一因素纳入各种宇宙膨胀相关的计算中,不同测算方法得到的结果会更加接近。他表示:“一种新型的暗能量就可以解决计算结果相互矛盾的问题。”

  当物理学家们计算宇宙的膨胀速率时,他们的计算是基于“宇宙由暗能量、暗物质和普通物质组成”的假设。直到最近,所有类型的观测数据都符合这种模型,但如今,情况有所变化,因为超新星和宇宙微波背景辐射的两种最新测量数据出现了相互矛盾的结果,换句话说,这两种方法会造成不同的膨胀速率计算结果。

  Sloth教授解释:“在模型中,我们发现,如果在早期宇宙中存在一种此前未知的超暗能量,那么它就可以同时解释来自宇宙微波背景辐射和超新星的两种测量结果,而且不会产生矛盾。我们相信在宇宙早期,暗能量存在着不同的阶段。你可以将其类比为水被冷却后逐渐变成冰的相变——冰的密度比水要低。同理,在我们的模型中,暗能量也经历了一个逐渐过渡到能量密度较低的新阶段,这改变了暗能量对宇宙膨胀效应的影响。”

  根据该研究小组的计算,如果暗能量经历了由宇宙膨胀所引发的相变,所有结果即可相互叠加。他说:“这是一个相变过程,新相的许多气泡突然出现,而当这些气泡膨胀并发生碰撞时,相变就完成了。在宇宙尺度上,这是一种非常剧烈的量子力学过程。”

  今天,我们大约只能认识宇宙构成物质的20%,也就是那些组成你和我、行星和星系的普通物质。然而,宇宙的组成物质还包括暗物质,没人了解暗物质的真面目。另外,暗能量这种导致宇宙膨胀的能量大约占宇宙能量密度的70%。因此,科学家的探索之路还很长。

  原创编译:朱明逸 审稿:西莫 责编:陈之涵

  期刊来源:《物理评论D》

  期刊编号:2470-0010

  原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210303142442.htm

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