研究稱暗能量或不存在 宇宙并未加速膨脹

暗能量是一種假想中存在的神秘能量，科學(xué)家們認(rèn)為它正推動(dòng)我們所在的宇宙加速膨脹。而近日一項(xiàng)由美國(guó)佐治亞大學(xué)教授愛德華·基普里奧斯(EdwardKipreos)開展的研究則提出，人們看待時(shí)間膨脹的方式將會(huì)提供一種不同的暗能量解釋。所謂時(shí)間膨脹是一種由愛因斯坦預(yù)言的時(shí)間減慢效應(yīng)。

在去年大熱的好萊塢科幻大片《星際穿越》中，一個(gè)科學(xué)家小組穿越空間中的蟲洞去尋找可供居住的新的行星。其中提到的一項(xiàng)細(xì)節(jié)便是說科學(xué)家們必須考慮時(shí)間膨脹效應(yīng)：在那顆遙遠(yuǎn)星球上采集數(shù)據(jù)時(shí)花費(fèi)的1小時(shí)就相當(dāng)于地球上的7年時(shí)間。

愛因斯坦的廣義相對(duì)論指出，重力作用下的時(shí)間膨脹效應(yīng)具有方向性，即位于強(qiáng)重力場(chǎng)中的物體相較于位于較低重力場(chǎng)中的物體將體驗(yàn)到更慢的時(shí)間。與之相對(duì)的，愛因斯坦的狹義相對(duì)論則描述了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體之間的所謂“相互時(shí)間膨脹”效應(yīng)，即兩個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體相互之間都能感受到時(shí)間的減慢。

而根據(jù)一份新發(fā)表的論文指出，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的時(shí)間膨脹可能并非“相互的”，而是有方向性的，即只有那個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體會(huì)感受到時(shí)間膨脹。這篇論文題為《絕對(duì)同步理論在宇宙學(xué)以及宇宙加速中的意義》，刊載于2014年12月23日出版的《pLOSONE》雜志上。

作為一名分子遺傳學(xué)家，其實(shí)驗(yàn)室的主攻方向是細(xì)胞循環(huán)，但基普里奧斯在數(shù)年前開始對(duì)宇宙學(xué)以及相對(duì)論理論產(chǎn)生了濃厚的興趣。他指出，這種現(xiàn)象可以借助全球定位系統(tǒng)的工作模式很容易地去加以理解。他說：“GpS衛(wèi)星在自由參照系中運(yùn)行，其速度相對(duì)地球而言足夠快，因此必須考慮對(duì)其時(shí)間減慢效應(yīng)進(jìn)行修正。如果我們不去對(duì)這種效應(yīng)進(jìn)行修正，那么它每天都會(huì)產(chǎn)生大約2公里左右尺度上的偏差?！?/p>

在這里簡(jiǎn)單的案例中，GpS衛(wèi)星向地面發(fā)出時(shí)間信號(hào)，同時(shí)與地球上的時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，并測(cè)定這一時(shí)刻兩者之間的距離。所有這些修正都必須基于狹義相對(duì)論以及洛倫茲變換來進(jìn)行，后者是一種數(shù)學(xué)方法，用于描述兩名進(jìn)行時(shí)空觀測(cè)的觀測(cè)者之間的相互關(guān)系。

基普里奧斯表示：“狹義相對(duì)論是相對(duì)性的，在其中相對(duì)的雙方都會(huì)感受到時(shí)間膨脹效應(yīng)，但所有我們所擁有的案例實(shí)際上都可以解讀為有向的時(shí)間膨脹。如果你觀察GpS衛(wèi)星，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些衛(wèi)星上的時(shí)間減慢了，但從GpS衛(wèi)星的角度來看，我們的時(shí)間并未減慢——而這正是相對(duì)性下會(huì)出現(xiàn)的情況。與此相反，我們的時(shí)間相對(duì)衛(wèi)星而言變得更快了，而我們之所以知曉這一點(diǎn)是因?yàn)槲覀兣c衛(wèi)星之間存在著實(shí)時(shí)的通訊聯(lián)系?！?/p>

這里提出的一項(xiàng)新的理論，即所謂“絕對(duì)洛倫茲變換”，描述的是有向的時(shí)間膨脹效應(yīng)。基基普里奧斯發(fā)現(xiàn)這一理論與現(xiàn)有觀測(cè)證據(jù)相兼容，前提是相對(duì)于有向時(shí)間膨脹發(fā)生的參照系，其所采用的“理想?yún)⒄障怠迸c質(zhì)心相關(guān)聯(lián)。在地球附近，這一“理想?yún)⒄障怠睉?yīng)為“以地球?yàn)橹行牡姆寝D(zhuǎn)動(dòng)慣性系”，這也是當(dāng)前被用于GpS衛(wèi)星時(shí)間膨脹效應(yīng)計(jì)算的參照系。

基普里奧斯表示：“將嚴(yán)格的絕對(duì)洛倫茲變換應(yīng)用于宇宙學(xué)數(shù)據(jù)分析將具有重要意義，尤其是在對(duì)暗能量的研究方面?！?/p>

隨著宇宙膨脹，包括星系等在內(nèi)的天體之間正加速相互遠(yuǎn)離，這一效應(yīng)被稱為“哈勃膨脹”。而絕對(duì)洛倫茲變換表明速度的增加會(huì)引發(fā)有向的時(shí)間膨脹。將這一關(guān)系套用到哈勃膨脹現(xiàn)象中，將會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前相比過去存在時(shí)間膨脹。也就是說當(dāng)前我們感受到的時(shí)間流逝要比過去更快。

強(qiáng)度相同的超新星常常被用作測(cè)量遙遠(yuǎn)距離的宇宙“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。距離地球相對(duì)較近的超新星，其距離與視亮度之間都存在著很好的相關(guān)關(guān)系。然而在1998年至1999年，對(duì)遙遠(yuǎn)距離上超新星的觀察意外地發(fā)現(xiàn)其亮度要低于理論值，暗示宇宙正在加速膨脹。

基普里奧斯表示：“宇宙的這種加速膨脹一直都被歸因于暗能量的作用。然而我們迄今對(duì)于暗能量的本質(zhì)以及為何它在后來才開始發(fā)揮作用卻仍然一無所知。而如果采用絕對(duì)洛倫茲變換的新觀點(diǎn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在與過去在時(shí)間流逝上存在的差異將可以產(chǎn)生相似的效應(yīng)，因此實(shí)際上宇宙的膨脹可能并未出現(xiàn)加速。如果情況的確如此，那么或許所謂的暗能量根本就不存在。”