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揭开最大宇宙之谜暗能量

更新:2012-10-17 20:46

揭开最大宇宙之谜暗能量

  今年6月世界著名的美国《科学》杂志评选出八大宇宙未解之谜,暗能量名列榜首,暗物质名列第二。暗能量是当前宇宙学最大的疑难问题,美国《科学》杂志坦言,宇宙暗能量可能永远都不会被观察到。然而这个宇宙之谜最近被我国学者揭开,福州原创物理研究所的梅晓春和俞平今年以来在美国《国际天文和天体物理学杂志》连续发表了三篇论文,证明暗能量根本不存在!

  暗能量问题都起源于宇宙学观察发现的,Ia超新星的高红移对哈勃定律的偏离。上世纪20年代,哈勃通过观察发现河外星系普遍存在光谱红移现象,提出红移与距离成正比的变换定律。将这种红移理解为运动速度引起的多普勒效应,就得出宇宙膨胀的结论。然而由于存在引力的相互作用,宇宙的这种膨胀被认为是一种减速过程。

  1998年宇宙学观察发现Ia型超新星的高红移偏离哈勃定律,通过与标准宇宙学理论的拟合,得出宇宙中暗能量约占物质总量70%左右,非重子物质约占26%,正常物质只占4%的结论。宇宙被认为不仅仅是在膨胀,而且是在做加速膨胀!原因在于暗能量被认为具有排斥作用,它的存在能使宇宙间的物质彼此加速分离。

  而暗能量概念在传统物理学中则是没有地位的,因为它既不是一般意义上的物质,也不是一般意义上的能量。同时由于宇宙膨胀过程中其他物质的密度不断减小,而暗能量的密度却始终保持不变,我们的宇宙最终将由暗能量占绝对的统治地位。因此如果暗能量确实存在的话,在经历了足够长的时间后,宇宙间所有物质的成团结构都将分崩离析。大至星系、恒星与行星,小至我们人类以及所有生物都将不复存在。由于那时不再有发光的天体,我们的宇宙将进入真正寒冷与黑暗的时代。

  由于关系到宇宙未来的命运,暗能量和宇宙加速膨胀理论引起科学界的极大兴趣。目前各国政府相继拨款,研究机构纷纷立项,众多物理学家投入对暗能量的研究。暗能量问题已经成为当今世界物理学和天文学最为关注,最为热门课题之一。然而暗能量概念实在怪异的很,物理学家们至今不知道它到底是这么回事。按照预测宇宙中70%的物质是暗能量,在太阳系和地球周围的空间中也应存在,能被我们人类所感知。但目前没有任何实验和观察能证明暗能量的存在,在太阳系甚至银河系的空间范围内,也没有观察到物质间存在加速分离的趋势。为解释暗能量,物理学家们提出的理论可谓五花八门,

  层出不穷,但至今没有一个理论被认为是真正可能的。以至于目前物理学界已基本形成共识,认为暗能量本质的阐明将大大促进物理学基础理论的发展,甚至可能引发一场物理学革命。

  需要强调的是,宇宙加速膨胀不是直接的观察结果,而是建立在超新星高红移观察结果与标准宇宙学理论拟合基础上的推测。暗能量则更是一个纯粹的假设,物理学家至今没有发现任何暗能量的蛛丝马迹,甚至不知道暗能量到底是何方神圣。因此如果标准宇宙学有问题,暗能量和宇宙加速膨胀理论就会立马被证伪。

  梅晓春和俞平通过仔细计算,发现现有宇宙学计算超新星红移—距离关系的公式存在原则性的错误。既然将宇宙学红移理解为运动速度引起的多普勒效应,就应当用多普勒公式做计算。然而令人感到奇怪的是,现有宇宙学中计算Ia超新星红移—距离关系时,采用的基本公式不是多普勒红移公式,而是用另外一个方法得到的公式。

  “除了违背哈勃红移定律外,这个公式时实际上还是一个数学计算错误,根本无可救药”,梅晓春告诉笔者。奇怪的是,这么多宇宙学家几十年来居然都没有发现这些错误。这些错误可谓是釜底抽薪,暗能量和宇宙加速膨胀成了虚假的科学命题,只能被送进了历史博物馆。

  除了计算红移—距离关系的基本公式有错外,梅晓春和俞平还指出,标准宇宙学理论本身存在严重缺陷。目前宇宙学用的运动方程建立在爱因斯坦引力场方程基础上,但采用了两个简化条件。梅晓春和俞平指出这两个简化条件式不合理的,导致的宇宙学运动方程只能描述低速膨胀的宇宙。对于高红移超新星这种高速运动的宇宙学现象,目前的宇宙学运动方程不适用的。

  为了解释超新星高红移问题,梅晓春和俞平将爱因斯坦引力场方程的施瓦西解变换到平直时空中描述,提出相对论修正的牛顿引力公式和宇宙学方程。在此基础上直接利用多普勒红移公式,通过计算机数值计算,能很好地解释了Ia超新星的高红移现象,从而不需要暗能量和宇宙加速膨胀的假设。宇宙只有减速膨胀,没有加速膨胀。宇宙学也不需要宇宙中非重子暗物质占76%的假设,如果它们确实存在的话。在梅晓春和俞平的这一系列文章中,长期困扰宇宙学的宇宙年龄太小的问题和宇宙大爆炸奇点问题也一起被解决,可谓一举五得。

  梅晓春和俞平先生的这项研究对宇宙学的未来发展具有重大意义,是国内学者基础科学研究走向世界舞台的重要标志。他们提出的建立在平直时空中的相对论修正牛顿引力理论和宇宙学方程有可能成为未来天体物理学和宇宙学的基本方程

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