解释宇宙加速膨胀，无需暗能量

解释宇宙加速膨胀，无需暗能量

一个匈牙利-美国团队称，被认为占宇宙68%的神秘的暗能量，可能根本不存在。研究者认为宇宙的标准模型没有考虑到其结构的变化性，但一旦考虑该因素，就无需考虑暗能量了。该团队将此结果发表在了皇家天文学会月刊上。

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一个显示三种模型对宇宙膨胀速度的预测动画的截图：左上红色为标准“Lambda冷暗物质”宇宙学，引入了暗能量；中上蓝色为新型Avera模型，考虑了宇宙结构，无需引入暗能量；右上绿色为爱因斯坦宇宙-德西特宇宙学，原始的未考虑暗能量模型。图中下部显示了“比例因子”(尺寸的表示)随时间的增长情况，其中1Gya为十亿年。结构的演变同样可根据图中上部看出。一个点大致代表一整个星系团。尺度单位为兆秒差距(Mpc)，其中1Mpc约为3百万亿千米。

我们的宇宙源于138亿年前的大爆炸，从那以后一直在膨胀。膨胀的关键证据为基于星系观测的哈勃定律——来自遥远星系光线的红移与他们的距离成正比。

天文学家通过观察星系的光谱线测量膨胀速度，越靠近红线意味着星系远离得越快。从1920年开始，对星系速度的测量使科学家认识到，宇宙由奇点而生，目前正在膨胀。

在20世纪后半叶，天文学家观测到需要额外的东西来解释星系中恒星的运动，因此提出了暗物质的存在。现在认为暗物质组成了27%的宇宙(与之相对的，一般物质只占5%)。

在1990年代观测到了双星系统中白矮星的爆发，即超新星爆发，使科学家认为第三种成分——暗能量构成了68%的宇宙，并驱动了宇宙的加速膨胀。

在最新的研究中，厄特沃什·罗兰大学的博士研究生Gábor Rácz领导的研究者对暗能量的存在提出了异议，并提出了另一种可能的解释。他们认为宇宙学(对宇宙起源和演化的研究)的传统模型依赖于忽略了宇宙结构的近似，并且假设物质的密度均匀。

论文共同作者、厄特沃什·罗兰大学的László Dobos博士解释道：“爱因斯坦的广义相对方程描述了宇宙的膨胀，在数学上十分复杂，以至于百年来无法提出任何考虑到宇宙结构因素的解决方案。根据十分精确的超新星观测，我们知道宇宙正在加速膨胀，但同时我们依赖于对爱因斯坦的方程的粗糙近似，这可能导致严重的副作用，比如为了使模型与观测数据一致，需要引入暗能量。”

实际上，一般物质和暗物质似乎以一种泡沫结构组成了宇宙，星系就位于泡泡之间的薄壁上并被分为超星系团。而在泡泡的内部几乎不存在两种物质。

利用计算机模拟引力对数百万暗物质粒子分布的作用效果，科学家重构了宇宙的演化，包括早期物质的聚集，以及大规模结构的形成。
不同于传统模拟中宇宙平缓膨胀，新模型考虑了宇宙的结构，致使宇宙的不同区域以不同的速度膨胀。平均膨胀速度与现有观测一致，即整体的加速。

Dobos博士补充道：“广义相对论是理解宇宙演化方式的基础。我们并非质疑其正确性，只是怀疑其近似解的正确性。我们的发现依赖于对宇宙不均匀膨胀的数学猜想，与广义相对论一致，同时展示了复杂宇宙结构的形成对膨胀速度的影响。这些因素曾经不被重视，但将其考虑进模型就能直接解释宇宙的加速膨胀，而无需引入暗能量。”

如果该发现受到大量的支持，对宇宙模型和物理研究方向将产生巨大的影响。过去20年里，天文学家和理论物理学家苦苦思索暗能量的本质，但至今仍是未解之谜。Csabai和他的合作者希望他们提出的新模型至少能引起新的讨论。

本文译自 phys，由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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