「負質量」流體宇宙？新理論能解釋宇宙中95％的缺失？

牛津大學的科學家們或許已經解決了現代物理學中最大的問題之一，他們發表了一篇新論文，將暗物質和暗能量統一為一種現象：一種具有「負質量」的流體。如果你推一個負質量，它會向你加速。這個驚人的新理論也可能證明愛因斯坦100年前的預言是正確的。目前被廣泛認可的宇宙模型，即LambdaCDM，並沒有告訴我們暗物質和暗能量在物理上是什麼樣子的。我們之所以知道它們，是因為它們對其他可見物質的引力作用。這個新模型由牛津大學工程科學系電子研究中心的傑米·法恩斯博士於2018年12月5日發表在《天文學和天體物理學》上的論文提供了一種新解釋。

博科園-科學科普：法恩斯博士表示暗物質和暗能量都可以被統一成一種流體，這種流體具有一種『負引力』，排斥它們周圍的所有其他物質。雖然這個物質是我們所特有的，但它表明我們的宇宙在正負兩方面都是對稱的。負物質的存在以前被排除在外，因為人們認為，隨著宇宙的膨脹，這種物質的密度會降低，這與我們觀察到的暗能量不會隨著時間的推移而變薄正好相反。然而，法恩斯博士的研究應用了一個「創造張量」，它允許負質量不斷被創造。這表明，當越來越多的負質量不斷湧現時，這種負質量流體在宇宙膨脹過程中不會被稀釋。事實上，這種流體看起來和暗能量是一樣的。

暗物質地圖觀測區域(G12區域)。圖片：KiDS survey

法恩斯博士的理論也為暗物質暈的行為提供了第一個正確的預測。大多數星系的旋轉速度如此之快，它們應該會把自己撕裂開來，這表明一定有一種看不見的暗物質「光環」將它們維繫在一起。今天發表的這項新研究用計算機模擬了負質量的特性，預測暗物質暈的形成，就像用現代射電望遠鏡觀察到的那樣。整整一百年前，阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)在他的方程式中發現了一個被稱為「宇宙常數」(cosmological constant)的參數，為暗宇宙提供了第一個線索。我們現在知道，這個參數就是暗能量的同義詞。愛因斯坦把宇宙學常數稱為他「最大的錯誤」，這是出了名的，儘管現代天體物理學的觀測證明這是一個真實的現象。

在1918年的筆記中，愛因斯坦描述了他的宇宙常數，寫道「需要對理論進行修正，使「真空」承擔起吸引分布在整個星際空間的負質量的作用。因此愛因斯坦自己預言了一個充滿負質量的宇宙是可能的。以前將暗能量和暗物質結合起來的方法曾試圖修改愛因斯坦的廣義相對論，但結果證明，這個理論極具挑戰性。這種新方法採用了兩個已知與愛因斯坦理論相兼容的舊觀點（負質量和物質創造）並將它們結合在一起。結果似乎相當漂亮：暗能量和暗物質可以被統一成一種單一的物質，而這兩種效應可以簡單地解釋為正質量物質在負質量的海洋中衝浪。

法恩斯博士理論的證據將來自一種被稱為平方公里陣列(SKA)的尖端射電望遠鏡進行的測試。平方公里陣列是一個國際項目，旨在建造世界上最大的望遠鏡，牛津大學(University of Oxford)正在與之合作。仍有許多理論問題和計算模擬需要解決，LambdaCDM有近30年的領先優勢，但我期待看到這種新的擴展版的LambdaCDM能否準確匹配我們宇宙學的其他觀測證據。如果這是真的，它將表明宇宙中缺失的95%有一個美學解決方案：我們忘記了包含一個簡單的減號。

博科園-科學科普｜研究/來自：牛津大學

參考期刊文獻:《天文學和天體物理學》

DOI：10.1051/0004-6361/201832898

Cite：arxiv.org/abs/1712.07962

博科園-傳遞宇宙科學之美

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