科学家们提出了一个颠覆性的理论:暗能量可能并不存在,而宇宙膨胀的加速可能是由时间在不同区域以不同速度流逝这一奇异现象所解释。这一发现可能会彻底改变我们对宇宙的理解,引发对宇宙学基础的重新思考
或许在宇宙膨胀加速背后的神秘的“暗”力量根本不存在。事实可能更加奇怪——时间的流动速度在不同的时空气泡中截然不同。
时间的流逝并非像我们经验到的那样固定不变。引力较强的区域中的时间流逝速度与引力较弱区域中的时间相比较慢,这一事实对我们根据最近开发的时空宇宙学模型比较宇宙膨胀速率可能会产生一些重大影响。
不同区域中时间的流逝速度差异可能累积到数十亿年,使某些区域比其他区域有更多时间膨胀。当我们通过这些时间扭曲的气泡观察远处的物体时,可能会产生宇宙膨胀加速的错觉。
两项新研究分析了 1,500 多颗超新星,以调查这一概念的可能性,并发现时空模型可能比我们当前最好的模型更适合观测。
宇宙学标准模型在解释宇宙方面做得相当不错——前提是我们对数字稍加调整。似乎没有足够的质量来解释我们观测到的引力效应,所以我们发明了一个叫暗物质的不可见替身。
似乎还有一种奇怪的力量抵消了引力,推动宇宙以加速的速率膨胀。我们还不清楚它是什么,所以我们同样给它起了个名字叫暗能量。所有这一切,加上普通物质,构成了我们所谓的ΛCDM模型。
根据ΛCDM模型展示的宇宙历史示意图。(美国宇航局)
问题在于,该模型使用了一个简化的方程,假设整个宇宙都是平滑的,并且处处以相同的速度膨胀。但事实上它远非平滑:我们看到一个巨大的宇宙网,由星系细丝交叉,中间隔着比我们所能理解的还要空旷的巨大空洞。
时空宇宙学考虑到了这种“凹凸不平”。物质越多,引力越强,时间流逝越慢——事实上,位于星系中的原子钟的滴答速度可能比空洞中间的相同时钟慢三分之一。
当你将它延伸到浩瀚的宇宙寿命中时,空洞中可能比物质致密区域多过去了数十亿年。一个令人难以置信的含义是,再也没有意义说宇宙的年龄一致都是 138 亿年。相反,不同的区域将有不同的年龄。
并且由于空洞中已经过去了更久的时间,那里发生了更多的宇宙膨胀。因此,如果你观察一个空洞远端的物体,它似乎比空洞这边的物体远离你移动得更快。随着时间的推移,这些空洞占据了宇宙的更大比例,造成了膨胀加速的错觉,而无需想象任何暗能量。
2017 年,来自新西兰坎特伯雷大学的天文学家对时空宇宙学进行了观测测试,发现它比 ΛCDM 稍微更适合解释宇宙膨胀。还需要更多的数据。
因此,对于新研究,坎特伯雷大学和德国海德堡大学的一个天文学团队收集并分析了 1,535 颗 Ia 型超新星目录形式的额外数据。这些爆炸每次都以可预测的亮度发光,因此它们光线的变化可以可靠地揭示距离、速度和运动方向。因此,它们通常被称为“标准烛光”。
这一次,天文学家说他们发现了“非常强烈的证据支持时空宇宙学而不是 ΛCDM”。这表明需要重新考虑宇宙学的理论基础。
“暗能量是宇宙膨胀动能变化的一种错误识别,这种动能在一如我们实际所居住的宇宙那样凹凸不平的宇宙中并不是均匀的,”坎特伯雷大学的物理学家大卫·威尔特希尔说。
“该研究提供了令人信服的证据,可能解决围绕我们膨胀的宇宙的奇点的一些关键问题。有了新的数据,这个宇宙最大的奥秘可能会在十年的末尾得到解决。”
这两项研究都发表在《皇家天文学会月刊》Astronomical Society上。