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我们的宇宙是否吞噬了“婴儿宇宙”,从而触发了暗能量?

我们的宇宙膨胀得有多快?专家保罗·萨特(Paul Sutter)将深入讲解暗能量以及“婴儿宇宙”的概念。

作者:保罗·M·萨特(Paul M. Sutter)
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膨胀的巨大恒星穿过太空图片来源:Jurik Peter/Shutterstock

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我们的宇宙膨胀正在加速。也许是某种神秘的暗能量在作祟,但去年有研究人员提出了一个激进的观点:宇宙的加速膨胀是由于我们的宇宙吸收了相邻的“婴儿宇宙”。更近期的研究表明,虽然这个想法可能行得通,但其复杂性大大增加。

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天文学家们在1998年首次发现了暗能量,当时有两个独立的研究团队发现,遥远的超新星比预期的要暗得多,这意味着宇宙的膨胀正在加速。从那时起,许多其他证据也得出了相同的结论,但加速膨胀的根本原因仍然是个谜。

暗能量是宇宙学常数

暗能量——这是对加速膨胀的称谓——最简单的解释是所谓的宇宙学常数。这是阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)首先提出的一个想法,广义相对论的方程允许我们添加简单的常数。本质上,在这种观点下,宇宙的膨胀之所以加速,是因为存在一种固有的加速。

虽然简单,但就科学理论而言,它并不令人满意。这就像说暗能量存在是因为……它就是存在。但物理学家们一直在努力寻找更好的解释,而最近出现的所谓的“哈勃张力”(Hubble tension)——即对当前膨胀速率的不同测量结果给出显著不同的结果——使这个问题变得更加复杂。


阅读更多:暗物质和暗能量有什么区别?


我们正在与“婴儿宇宙”合并吗?

去年,一对天文学家提出了一个新想法:也许加速膨胀并非源于宇宙学常数或某种奇异的物理过程。相反,我们的宇宙可能以相对缓慢的速度膨胀。但也许我们的宇宙并不孤单,我们被许多更小的“婴儿宇宙”所包围。

随着我们的宇宙膨胀,我们吸收了邻近的“婴儿宇宙”,这使得我们宇宙的体积突然增加——给人一种加速膨胀的错觉。

虽然最初的想法似乎很有希望,但它只针对有限的观测数据进行了测试。最近,麦吉尔大学(McGill University)的天文学家们对此进行了更深入的研究,并对“婴儿宇宙”的想法进行了真正的检验。他们将该模型的预测与普朗克卫星(Planck satellite)的宇宙微波背景辐射测量数据、DESI星系巡测(DESI galaxy survey)以及超新星数据集进行了比较。他们在期刊预印本服务器arXiv上发表了他们的研究结果。journal preprint server arXiv

这些天文学家发现,简单的“婴儿宇宙”概念无法匹配所有可用数据。但他们确实发现,可能存在一个折衷方案,即宇宙仍然与相邻的“婴儿宇宙”合并,同时保留一部分宇宙学常数。


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暗能量理论的未来

起初,这个新结果似乎并没有带来多大的进展——毕竟,我们仍然需要解释剩余的宇宙学常数的起源,此外,我们还需要解释这些“婴儿宇宙”是如何存在的以及合并过程是如何发生的。

但是,宇宙学常数和“婴儿宇宙”的结合比没有“婴儿宇宙”存在的情况更能拟合数据,并且结合了少量宇宙学常数和合并的场景可以大大缓解“哈勃张力”。

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我们的宇宙不太可能真的在与“婴儿邻居”合并。是的,它可以更好地拟合数据,但这是一个更加复杂得多的模型。

尽管如此,这样的想法至关重要。在解释暗能量的起源和“哈勃张力”问题方面,天文学家们感到困惑。我们需要富有创造力的、跳出常规(甚至跳出宇宙)的想法来破解这个谜团。我们拥有的想法越多,越能推动数据分析,我们也就越有可能找到解决之道。


阅读更多:一些科学家怀疑暗能量是否真的存在


文章来源

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  • 保罗·M·萨特

    保罗·M·萨特是一位理论宇宙学家、NASA顾问、“Ask a Spaceman”播客主持人,以及美国文化大使。他是《你的宇宙之位》和《如何在太空中死去》的作者。

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