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负质量理论:暗物质、暗能量,能否得到统一

2019-09-05 08:38:48

仍存在争议的一种宇宙模型可能挑战宇宙学基本原理。

负质量理论:暗物质、暗能量,能否得到统一

一个异想天开的艺术家对于暗物质的遐想。

图片版权DAVID KASHAKHI/GETTY IMAGES

宇宙中可能充满了一种不可见的流体,它具有负引力,即排斥力而非吸引力。

英国牛津大学的杰米·法恩斯将这一理论发表在《天文学与天体物理学》杂志上,如果该理论正确的话,就能够单独解释宇宙中两个最神秘的现象:暗能量和暗物质。

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天文学家对宇宙的测量表明,恒星和气体等可见物质只占宇宙的5%左右。例如,星系旋转的运动方式显示其引力作用是我们能看到的物质所产生的引力的五倍,这表示存在一种隐形实体即暗物质。

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而且星系之间的远离速度在加快。宇宙加速膨胀的能量来源很难得到解释,但是如果存在暗物质那就说得通了。在人们发现暗物质和暗能量后的几十年里,这两者激发了许多理论,但没有一个能令人满意地解释这两种现象。法恩斯的理论看起来很简练,因为它只用一个答案解决了这两个问题----存在一种带排斥力的暗属性流体。

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这种流体可以解释暗能量的存在,因为它的排斥性会把星系彼此推开。它也可以解释暗物质;如果排斥性流体包围了一个星系,它会显着地压缩星系,就像星系内部的附加质量一样,把恒星推向星系中心。

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法恩斯受到这个答案的对称性吸引,因为它提出了一个与引力相反的极性,允许引力具有排斥和吸引两种对称特性----很像电磁力的双极性。法恩斯在对话中强调:“因此,一个简单的负号似乎就可以解决物理学中长久存在的问题之一。”

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虽然法恩斯认为负质量并不像它看起来那么疯狂——例如,一个气泡似乎也拥有它——但这个理论还远未得到证实。澳大利亚塔斯马尼亚大学的物理学家Krzysztof·Bolejko说,法恩斯的数学确实很好,同时指出,他的不可见流体理论引入了一个新的复杂问题。

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他说:“法恩斯引入了具有负质量的物质,但为了解释宇宙膨胀仍在加快的速度,这种物质应当处于源源不断地生产状态。”一种不断生产的暗属性流体与迄今为止最成功的宇宙模型截然不同,该模型被称为Lambda冷暗物质(CDM)模型。在这个模型建构中,暗能量建模为空间的属性,而宇宙膨胀是宇宙形状与曲率变化的结果。

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图解:ΛCDM模型,加速扩张的宇宙。

法恩斯指出,他需要大量的工作来探索暗排斥流体理论的所有意义。它能否比CDM模型更好地描述宇宙还有待观察。实际测试会让这两种理论有不同的预测,而与观测到的宇宙行为相符合的理论将更具说服力。

Bolejko的预感是,不同的预测结果可能只会显示出宇宙的空洞:宇宙中稀疏的区域可以容纳数十万个星系,但实际上只容纳了寥寥几个。

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他还说:“我们处于研究宇宙空洞的初始阶段。星系发展有诸多过程,导致很难区分什么是由物质引起的,是否来自于暗属性物质。”“在宇宙空隙内部,信号会更清晰,因此更容易区分究竟是由暗能量引起的过程,还是由不断产生的负质量物质引起的过程。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine-PHIL DOOLEY

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