一群天文物理学家日前发表论文指出:宇宙加速膨胀的现象,不一定要用神秘难解的「暗能量(dark energy)」来解释,或许利用大霹雳后、刚开始暴涨(inflation)时期时所自然产生的时空波纹就可以解释了。由于这些时空波纹以向外传递至我们望远镜观测不到的地方,因此只能用计算得知它们的存在,而无法实际观测到。
美国能源部费米实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)理论物理学家Edward W. Kolb等人,目前已将论文提交给物理评论快讯(Physical Review Letters)。
百年来,宇宙膨胀这个议题一直非常热门。当初爱因斯坦本来设想宇宙是静止的,不会膨胀,也不会收缩。当他的广义相对论清楚显示宇宙可能会收缩或膨胀时,爱因斯坦便在他的理论中加进一项新的因子--「宇宙常数(cosmological constant)」,使整个理论得以显示宇宙是静止不动的状态。宇宙常数其实就是空间中的物质密度,科学家现在藉由物质密度密度的大小便可决定宇宙是否会继续膨胀下去。
1929年哈伯(Edwin Hubble)经由星系团的运动发现宇宙其实正在膨胀中;爱因斯坦因而扬弃宇宙常数,并宣称那是「我人生中最大的错误」。几近一个世纪后,物理学家重新为宇宙常数翻案,不过代之以「暗能量」的称呼。1998年天文学家以遥远星系中的超新星进行测量,证明宇宙正加速膨胀中;至今为止,物理学家与天文学家似乎只能用暗能量来解释宇宙加速膨胀的现象。如果暗能量真的存在,则整个宇宙中将有70%是暗能量,其余25%是暗物质,剩下的4-5%才是常见的一般物质--夸克、质子、中子、电子等。
Kolb等人表示:暗能量假说真的相当迷人,但是从另一个角度来看却是个严重的问题:没有任何理论模型,甚至是最现代的超对称(supersymmetry)或弦论(string theory)等,可以解释神秘暗能量的庞大数量从何而来。如果暗能量真的有理论上这么庞大的数量,使得宇宙以现在这种加速度膨胀,其实应该会导致所有宇宙中已知的物质和天体都无法形成。
物理学家为了解决这些庞大暗能量的问题,已经用所有已知的自然定律,甚至是很怪异的新作用力、新时空维度、超轻的基本粒子等,但都无法诠释暗能量。然而,Kolb等人却发现,其实根本不需要新的理论,也不需要暗能量,只需要最传统的标准宇宙模型--宇宙大霹雳之后迅及发生的「暴涨」现象,就足以解释宇宙加速膨胀的现象。
暴涨理论源于1981年,认为:当宇宙大霹雳发生几分之一秒的时间,整个宇宙突然开始急遽膨胀;这个现象可以解释为何我们的宇宙各个方向都这么均匀(天文上谓之「均质宇宙, homogeneous universe」)。近年的Boomerang和WMAP的实验,已经藉由测量大霹雳所形成的微小扰动,证实了暴涨理论的正确性。
目前天文学家普遍相信爱因斯坦广义相对论的预测:在宇宙早期的暴涨时期中,时空结构会产生微小的波纹,如同一颗小石子投入池塘中产生的水波一样。这些波纹会随宇宙膨胀而被拉扯变形,而且现在已经延伸到约150亿光年远的宇宙边境--远超过现代科技可观测到的范围。根据Kolb等人的计算,这些宇宙波纹会增加观测到的宇宙膨胀速度,造成宇宙正在加速膨胀的现象,根本不需要暗能量这种「新玩意儿」,所以Kolb戏称他们的点子为「宇宙加速膨胀最保守的诠释」!
不过,这个理论仍须经过实际的实验检测,Kolb等人可从观测结果分辨究竟时空波纹或暗能量两种理论孰胜孰劣。Kolb也表示:当初爱因斯坦加入宇宙常数,或是他后来否定自己倡议的宇宙常数的作为,到底是对是错,很快地就会从再度的精密宇宙论观测结果获得验证。
转贴资料来源:
http://www.tam.gov.tw/news/2005/200503/05032101.htm参考资料来源:
http://www.universetoday.com/am/publish/rip...energy.html?1832005, 2005.03.18