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暗物质和暗能量或是流体 证明爱因斯坦100年前预测

科学家提出了一个令人惊异的理论——暗物质和暗能量可能是一种拥有“负引力”的物质,排斥周围的其它所有物质。

暗物质和暗能量或是流体 证明爱因斯坦100年前预测

科学家提出了一个令人惊异的理论——暗物质和暗能量可能是一种拥有“负引力”的物质,排斥周围的其它所有物质。这意味着可以将暗能量和暗物质统一为单一物质,将它们解释为在一个负质量海洋上漂浮的正质量物质。这个惊人的新理论能够证明爱因斯坦100年前的预测。

暗物质和暗能量或是流体 证明爱因斯坦100年前预测

136亿年前宇宙暗物质分布模拟图

牛津大学数字研究中心的杰米·法恩斯教授表示:“我们现在认为可以将暗物质和暗能量统一为一种流体,拥有所谓的‘负引力’,排斥周围的其它所有物质。这会带来一个令人着迷的结果:暗能量和暗物质能够统一为单一物质,可以将它们简单地解释为在一个负质量海洋上漂浮的正质量物质。”

法恩斯等人的研究可能揭开现代物理学的一个最大谜团。研究指出如果向暗物质和暗能量流体施加一个负质量,它们会加速朝你移动。这个惊人的新理论能够证明爱因斯坦100年前的一项预测。

暗物质和暗能量或是流体 证明爱因斯坦100年前预测

艺术概念图,展示了银河核球及周围的暗物质晕轮

目前被普遍接受的宇宙模型LambdaCDM并不能告诉我们暗物质和暗能量的“物理学模样”。我们之所以知道它们的存在,是因为它们对其它可观测物质的引力作用。此前,科学家一度排除存在负物质的可能性,因为科学家认为随着宇宙的膨胀,这种物质的密度会降低,这与我们观测到的“暗能量不随时间推移逐渐稀释”相矛盾。

法恩斯的研究采用了所谓的“创造张量”,允许负质量不断被创造。当越来越多的负质量涌现,负质量流体在宇宙膨胀过程中不会被稀释。事实上,这种流体看起来与暗能量是一样的。

暗能量导致宇宙加速膨胀

法恩斯的理论给出了有关暗物质晕轮行为的第一个正确预测。绝大多数星系以惊人速度旋转,足以将自己撕裂。这意味着一定存在看不见的暗物质晕轮,将它们“粘合”在一起。新研究中,法恩斯等人对负质量的特性进行电脑模拟,所预测的暗物质晕轮形成机制与现代射电望远镜的观测结果相符。

100年前,爱因斯坦在他的方程式中发现一个被称为“宇宙常数”的参数,提供了“暗宇宙”的第一个线索。我们现在知道这个参数就是暗能量的同义词。爱因斯坦曾将宇宙常数视为他的“最大错误”,但现代天体物理学的观测证明这是一个真实存在的现象。

星系团大碰撞。子弹形气团(右)来自其中一个星系团,穿过另一个较大星系团的炙热气体,蓝色区域为暗物质

在1918年的笔记中,爱因斯坦阐述了宇宙常数。他这样写道:需要对理论进行修正,让“真空”扮演吸引星际空间负质量的角色。换句话说,爱因斯坦预言了一个充满负质量的宇宙。法恩斯表示:“此前,科学家试图将暗能量和暗物质结合在一起,修改爱因斯坦的广义相对论。但事实证明,这种方式面临不可思议的挑战。我们的新方式借鉴了与爱因斯坦理论兼容的两种老想法——负质量和物质创造——并将它们结合在一起。”

平方公里阵列

法恩斯的理论将接受先进射电望远镜——平方公里阵列的检验。平方公里阵列是一个国际合作项目,旨在建造世界上最大的望远镜阵列。牛津大学是该项目的合作者。法恩斯表示:“仍有许多理论问题和电脑模拟问题需要解决。LambdaCDM有着近30年的领先优势,我希望确定扩展版LambdaCDM是否与其它宇宙学观测证据相符。如果符合,意味着我们可能找到了解决方案,解释95%的宇宙缺失物质。”


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