渥太华大学物理系有位叫拉金德拉・古普塔的兼职教授,最近在《星系》期刊上发了篇研究,直接说现代宇宙学的“顶流”概念,暗物质和暗能量,可能根本不存在。
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这消息扔出来,跟在天文圈扔了颗小炸弹似的。
毕竟这么多年,咱们都默认暗物质暗能量占了宇宙绝大部分,靠它们阐释宇宙加速膨胀、星系转得快这些事儿。
结果现在有人说这俩其实是“幻觉”,是宇宙基本力随时间变化搞出来的动静,谁听了不得先懵一秒?
古普塔这理论的核心其实不复杂,他觉得宇宙里的基本力比如重力,不是一直“铁板一块”不变的。
宇宙在膨胀,这些力就跟着慢慢减弱。
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这种减弱在不同尺度上表现不一样,在宇宙大尺度上,看着像有股神秘劲儿推着宇宙越胀越快,以前咱们就把这股劲儿归为暗能量;
到了星系或者星系团这种小尺度,力的变化又会多出点引力,以前就觉得是暗物质在起作用。
因为以前解释暗物质和暗能量得用两套不同的理论,现在古普塔说一套方程就能搞定,不用额外加俩“看不见摸不着”的东西,从“省事”的角度看,确实比传统模型清爽不少。
这里得提个关键的“α参数”,这是古普塔理论的核心。
本来想把它说得特复杂,后来发现其实不用绕专业词,简单说就是从“基本力耦合常数会变”的框架里来的参数。
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在宇宙大尺度上,α参数能当成常数,靠拟合超新星数据就能确定;但到了局部,比如某个星系里,因为物质分布不一样,α参数就会变,进而产生额外的引力效应。
而且这效应还挺“懂事”,物质密度高的地方(比如星系中心)它就弱,物质密度低的地方(比如星系外围)它就强,刚好能对上以前归给暗物质的那些现象。
星系转得快不是暗物质的锅?
早在上世纪70年代,天文学家维拉・鲁宾就发现个怪事:星系外围的恒星转得比预想快多了。
按可见物质的引力算,那些恒星早该“甩出去”了,可它们偏偏没甩出去。
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传统模型没法解释,就加了个“暗物质晕”的设定,说星系被暗物质裹着,额外的引力拉住了恒星。
但古普塔不这么认为,他说这额外的引力根本不是暗物质给的,是α参数变化搞的鬼。
毕竟这么多年,全球科学家花了不少钱找暗物质,中国锦屏地下实验室的PandaX实验、美国的LUX-ZEPLIN实验,还有欧洲的大型强子对撞机,都在找暗物质粒子,可到现在也没找到确凿证据。
反而古普塔这理论,不用找新粒子,就靠现有物理框架里的参数变化就能解释,多少有点“柳暗花明”的意思。
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更有意思的是,这理论还能解决詹姆斯・韦伯太空望远镜(JWST)的观测难题。
之前JWST拍到了宇宙刚形成没多久就有的星系,那些星系又大又成熟,按传统模型的宇宙年龄算,根本没足够时间长成那样,就像刚生下来的宝宝突然长到了成年人的个头,完全不合常理。
但古普塔的模型能解决这个问题,他说按他的理论算,宇宙年龄差不多能翻倍,这样星系就有足够时间慢慢形成、长大。
搞不清为啥以前没人往“基本力变化影响时间尺度”这方面想,不过科学研究就是这样,有时候换个角度,以前卡壳的地方就通了。
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找暗物质花了百亿?
要是古普塔的理论最后被证实是对的,那现在全球正在搞的暗物质搜寻项目,可能就得面临“方向调整”的问题了。
毕竟这些项目已经投了数十亿美元,要是目标本身就是“幻象”,那这些投入的意义就得重新算。
古普塔自己也说,就算真找到些奇怪的粒子,那粒子的质量也得是普通物质的6倍左右,才能符合以前的观测,这要求也太严了,怕是很难满足。
如此看来,现在下结论说暗物质不存在还太早。
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科学这东西讲究证据,古普塔的理论还得闯几关:首先得能提出可检验的预测,比如预测某个星系的旋转曲线该是什么样,这样才能跟观测数据对比;
其次得跟现有的精密数据对上,比如宇宙微波背景辐射、重子声学振荡这些,普朗克卫星都测了那么多精确数据,理论要是对不上,肯定站不住脚;
最后还得过粒子物理这关,基本力变化会影响粒子运动,实验室里得能测到这些影响才行,可目前也没发现明显痕迹。
其实古普塔这“基本力会变”的想法也不是全新的,早在上世纪30年代,物理学家狄拉克就猜过引力常数可能随时间变,后来也有天文学家观测到精细结构常数可能有微小变化。
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科学史上,重大理论变革往往都是从质疑旧模型开始的,从牛顿力学到爱因斯坦相对论,哪次不是先有争议,再慢慢靠证据站稳脚跟?
古普塔这理论现在学界态度也挺谨慎,没人说它一定对,但也没人敢说它一定错。
毫无疑问,不管最后这理论是对是错,都给宇宙学研究指了条新路子。
宇宙这么大,咱们知道的还太少,多一种可能,就多一条靠近真相的路。
古普塔说“最简单的解释可能是最好的”,或许宇宙真没那么复杂,那些“神秘”的暗物质暗能量,就是基本力演化玩的小把戏呢?这事儿还得等更多观测数据说话,咱们就慢慢瞧。
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