《自然》:挑战相对论——宇宙膨胀之谜新说

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一些理论学家认为,宇宙中充满了神秘的暗物质。

据英国《自然》杂志报道,正在加速的宇宙扩张用不着引入暗藏能量的理论就可以得到解释。这是一群美国物理学家提出的说法。他们宣称,单单引力自身就在以不断增加的速度将一切物质驱散开来。

“宇宙加速的事实可能是科学中最大的一个谜团”,芝加哥大学的麦克尔·特纳说。“像这样真正难解的大问题要求人们提出大胆新奇的理论——而我们的理论可以算得上是最大胆新奇的那类了。”他希望其他人能在这个理论基础上有所发展,或者将其彻底推翻。

在爱因斯坦的广义相对论里,物质通过使时间-空间发生弯曲来改变引力,就像保龄球在橡皮垫上滚动一样。特纳和他的同事们在爱因斯坦的等式上又添加了一个新的项,随着宇宙变得扁平,这个项逐渐在加强。对于狭小、密实而呈弯曲形状的年轻的宇宙来说,这种增强的影响微乎其微。但是经过了100亿年的扩张之后,这个新的项就变得强大起来。“我们因为改变了爱因斯坦的理论而受到咒骂,”特纳说道,“但我们因此而受到的奖赏就是:我们发现一个空空的宇宙的自然状态就是不断加速,而我们的宇宙也就变得更加空空荡荡。”引力的扭转作用还可以解释宇宙的扩张,那就是在宇宙大爆炸发生之后宇宙体积的迅速膨胀。

在1998年对爆炸的恒星进行的观测表明,宇宙正在以不断增长的速度扩张着。这令人们大为吃惊——大多数的科学家们都认为扩张应该是正在减慢的。有些理论学家们猜想,空间的真空能——也就是那些于存在与不存在中摇曳不定的亚原子粒子——正是驱使物质扩散的原因。另外一些人则认为,宇宙可能充满了一种神秘的暗藏能量,它是一种负引力,也有人把它叫做第五种基本物质。

相对于变化的引力而言,这类理论需要“数量繁多得难以想象的修补”才能够与观测的结果相吻合,这是特纳的芝加哥同事西恩·卡罗尔的说法。但是有人反驳说,卡罗尔的说法同样也需要大量的修改润色才能够更贴近现实。

如果引力确实如特纳的小组所描述的那样发生作用的话,宇宙的加速应该比在暗藏能量驱动之下的情况更轻微一些。在今后十年中,人们还计划对更多的爆炸恒星和遥远星系进行观察,这将会更加有助于对宇宙的扩张速度进行足够精确的测量,也会让这场争论平息下去。