暗能量研究寄望引力子指路
时间:2017-12-07

  暗能量研究希望引力子指点 - 新闻 - 科学网

  弹回月球激光束的实验可以检测到月球周围的异常现象,有助于解释暗能量的性质。图片来源:NASA

  电影华尔街的名言是,贪婪是一件好事,这个代码很快就会被宇宙学家用来解释暗能量的起源。这个神秘的东西正在加速宇宙的扩张。

  在最近在英国剑桥召开的宇宙学会议上,与会者讨论了一个有争议的理论,即引力是由一个想象的引力子传递的。这颗粒子将从太空中吞噬巨大的能量,使宇宙以一种加速而非破坏的速度扩张。

  直到20世纪90年代,天文学家发现宇宙的膨胀正在加速,研究人员一直在努力解释这个想象中的实体(称为暗能量)的性质,以及为什么这种加速度如此微弱。

  最令人信服的猜测之一是暗能量是真空的固有属性。粒子物理学预言了这种真空能的存在,应该是解释宇宙天文膨胀所需能量的10120倍。然而,如果暗能量如此之大,宇宙在星系和星系形成之前就会崩溃。

  2010年,俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学的宇宙学家Claudia de Rham和她的同事们想到了一个令人惊讶的想法,即如果大部分暗能量都被想象引力子吞没,暗能量可能就是一个真空能量。物理学家普遍认为,引力子作为传递引力的基本粒子,将其他三种自然界的基本力量传递给这些粒子,这些粒子与众所周知的粒子类似:电磁力,弱核力,强核力。

  大多数物理学家认为引力子和光子一样是无质量的,所以引力可以延伸到整个宇宙。德拉姆说:我们知道,引力是遥远的,因为我们感受到来自太阳的引力,它确定了引力子能够达到的范围。她和她的同事们认识到,如果引力子的质量被认为可以忽略不计小于10-33电子伏特,引力子仍然可以满足天文观测的所有条件(相反,中微子已知的最小质量的非零粒子大约是1个电子伏特,大约是5110万个电子伏特。)

  美国纽约大学的宇宙学家马克·怀曼(Mark Wyman)说,德拉姆的团队在首次推出引力子模型时引起了巨大的轰动,因为几乎没有任何方法可以打破黑暗能量的奥秘。他说:突然之间,一系列的理论才能真正理解黑暗的能量。另外,在不添加额外维度的情况下,引力可以解释宇宙最大的奥秘,使之成为极简的解决方案。

  但是这个想法几乎在一开始就被杀死了,怀曼补充说,物理学家开始关注这个理论,并发现一些可能的问题。其中的一个担忧是,这个理论可能蕴含着蕴含着负面能量,不能在现实中存在的隐性鬼魂,但其他人则不同意。德·拉姆说“幽灵”这个词被使用,因为它们是可怕的,如果它们确实存在,它们可以摧毁任何理论。德·拉姆坚信在她的模型中没有所谓的幽灵。

  研究人员提出,在de Rham原始模型中有许多其他类型的变量。例如,瑞典斯德哥尔摩大学的宇宙学家Sayed Fawad Hassan和美国纽约哥伦比亚大学的Rachel Rosen在2011年提出将两种类型的引力子结合在一个模型中,一个是大质量,一个是无质量。然而,这要求宇宙由两个重迭的相互作用的结构组成。

  在剑桥大会上,包括德拉姆在内的一些宇宙学家分别展示了一系列自然而然地与两种构造相互作用,加速时间和空间的模型。这产生了暗能量效应,宇宙学家一直通过另外一种机制来观察它,而不需要任何真空能量。

  德·拉姆说,这些理论是否能够奠定坚实的基础取决于他们做出可预测的预测的能力,这些预测区分了标准宇宙学和引力的实验测试。这些实验很快发生在太阳系中,因为引力模型预测地球和月球之间引力场和普通引力之间存在细微差别。

  地球和月球之间的激光实验现在测量两者之间的距离和角度。德拉姆说:“我们只是一个石头的重力检测。

  但是,尽管有这些实验证据,有些人仍然对整个重力情景持怀疑态度。德国慕尼黑大学的宇宙学家Viatcheslav Mukhano说,虽然最初他也被这个理论的简单性所吸引,但是他与新的时空的联系以及额外引力子的加入使得人类的标记过于严肃。穆卡诺说:我认为黑暗能源问题需要一个更优雅的解决方案。

  怀曼说,优雅只是个人喜好的问题。他说:如果他们能够选择一个引人注目,独特的模型来解释黑暗能量,我认为人们不会去关注它。未来几个月将会发生的事情将决定这个理论是否与现实世界相关,或者仅仅是一个夜晚的闪光。 (段辛涔)

  “中国科学”(2013年9月16日至3日国际)