大爆炸理論錯了？這位科學家用相對論否定了暗物質和暗能量的存在
導語：在現代物理學家的眼中，暗物質和暗能量幾乎是科學理論研究和實驗的聖杯，很多人為此付出了一生，然而，最近的新理論觀點卻表明暗物質和暗能量是不存在的。
瑞士日內瓦大學名譽教授，物理學家André Maeder近日提出了一個觀點激進的理論：宇宙中既沒有暗物質，也沒有暗能量！這個由新宇宙模型得出的結論，將改變科學家看待宇宙的方式，也將動搖目前天體物理學的支柱理論，簡直顛覆了之前學界在這一領域的所有認知。
圖|顯示可見宇宙中暗物質可能的分布情況的模擬圖片。（來源：美國自然歷史博物館）
這位瑞士物理學家已經在《天體物理學雜誌》上發表了一系列文章並詳細闡述了在他的構想下，沒有暗物質、暗能量的宇宙是如何存在的。當然，一些讀者可能會問：暗物質和暗能量，到底是什麼？這兩個高技術含量的術語已經出現在了越來越多的科學新聞中，但它們還沒有一個明確的定義。在這種語焉不詳的情況下，一般人確實會對它們感到困惑。
那麼，就讓我們先來講講暗物質、暗能量這兩個概念的起源。
圖|膨脹的宇宙
早在數十年前，物理學家們就已經推算得出，自宇宙大爆炸以來宇宙一直在膨脹、擴大。但是，早先科學家們還不能確定這個過程是否會逆轉。然而在1998年，通過對哈勃太空望遠鏡的數據分析後，科學家們得出了一個令人大吃一驚的結論：宇宙的擴張正在加速。
為了解釋這一現象，科學家們只能假設這種擴張是由一種被稱為「暗能量」的力量驅動的。暗能量不會讓宇宙勻速膨脹，而是加速膨脹。根據計算，當時的學界普遍認同暗能量占宇宙中已知能量總量的約68％。（計算過程與著名的質能方程有關。）
不過，目前我們知道的關於暗能量的一切，都是基於它與引力的關係推導出來的。換句話說，科學家們目前只能「間接地」檢測它們。
那麼暗物質呢？可以說，它是現代物理學衍生出的最令人不安的概念之一了。這其中的「暗」意思是它不會散發任何電磁輻射，包括可見光、微波、X射線以及伽馬射線。它被稱為「物質」並不意味著它是由人類已知的基本粒子組成的，但是它與普通的可見物質之間會產生引力。
因為對星系旋轉問題的研究而舉世聞名的天文學家薇拉·魯賓曾提供過暗物質存在的支持性證據，但她並不是第一個提出這個想法的人。數十年前，瑞士天文學家弗里茨·茲維基注意到，有一千個左右的星系看上去是被引力束縛在「后髮座星系團」上的，但它們的旋轉速度也有點過快了。因此他認為，一定是有一些看不見的東西把它們和星系團連接在了一起，這就是科學家們推測的暗物質。
暗物質負責控制、穩定宇宙的當前結構，防止其加速擴張。由於暗物質本身和其他物質之間的相互作用並不多，所以它被認定是宇宙膨脹時最先穩定下來的物質，也是能最先在自身引力作用下形成有序結構的物質。
圖|藝術家眼中的宇宙膨脹
Maeder提出，我們本不需要引入暗物質、暗能量的概念來解釋現代物理學中的宇宙模型，只需引入相對論中的尺度不變性，即可解釋目前的標準宇宙模型。迄今為止，宇宙的標準模型主要是籍由牛頓的萬有引力，愛因斯坦的廣義相對論和量子力學搭建起來的。
Maeder說：「在這個模型中，我認為有一個起始假設沒有被考慮在內。對，我的意思就是指空間的尺度不變性，換句話說，空間及其屬性在擴張或收縮之後不會改變。如果這是真的，它將改變我們之前所建立的，有關萬有引力和宇宙擴張的一切理論。」
Maeder並不是第一個敢於對暗物質和暗能量概念發起挑戰的人。在2010年初，阿姆斯特丹大學的弦理論物理學家Erik Verlinde就已經發表了他的引力替代理論，在其中構想了一個不存在暗物質的宇宙。而且在2016年，由Margo Brouwer領導的一個荷蘭天文研究小組在萊頓天文台驗證了這個頗具爭議的引力替代理論，觀測結果表明，用這一理論可以完美解釋多達33000個星系的引力分布。
就像Verlinde的引力替代理論一樣，Maeder的發現也是飽受爭議的。許多物理學家認為他的新宇宙模型不過是被吹捧、炒作起來的，在解釋不同星系時根本無法保持一致。此外，它也不能否定其他支持暗物質存在的證據，例如暗物質在宇宙微波背景下會產生的影響以及引力透鏡現象，這些都是支撐暗物質存在的眾所周知的證據。
從古代的地心說、日心說，再到現在用相對論、弦理論等解釋的現代宇宙模型，舊理論不斷被新理論取締，用於解釋的宇宙模型也在不斷更替，但無論哪種模型都難以完美闡釋整個宇宙，儘管如此，人類對宇宙的理解卻也不斷加深。宇宙無邊無際，人類的探索也將永不停止。
編輯 | 褚茗帆
審校 | 星亦
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