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暗能量不存在?宇宙并未加速膨胀中

时间:2018-06-29 08:06来源:中国国家天文
暗能量是一种假想中存在的神秘能量,科学家们认为它正推动我们所在的宇宙加速膨胀。 而近日一项由美国佐治亚大学教授爱德华·基普里奥斯(Edward Kipreos)开
暗能量是一种假想中存在的神秘能量,科学家们认为它正推动我们所在的宇宙加速膨胀。

而近日一项由美国佐治亚大学教授爱德华·基普里奥斯(Edward Kipreos)开展的研究则提出,人们看待时间膨胀的方式将会提供一种不同的暗能量解释。所谓时间膨胀是一种由爱因斯坦预言的时间减慢效应。

在去年大热的好莱坞科幻大片《星际穿越》中,一个科学家小组穿越空间中的虫洞去寻找可供居住的新的行星。其中提到的一项细节便是说科学家们必须考虑时间膨胀效应:在那颗遥远星球上采集数据时花费的1小时就相当于地球上的7年时间。

《星际穿越》剧照

爱因斯坦的广义相对论指出,重力作用下的时间膨胀效应具有方向性,即位于强重力场中的物体相较于位于较低重力场中的物体将体验到更慢的时间。与之相对的,爱因斯坦的狭义相对论则描述了两个运动中的物体之间的所谓“相互时间膨胀”效应,即两个运动中的物体相互之间都能感受到时间的减慢。

美国佐治亚大学教授爱德华·基普里奥斯


而根据一份新发表的论文指出,运动导致的时间膨胀可能并非“相互的”,而是有方向性的,即只有那个运动中的物体会感受到时间膨胀。这篇论文题为《绝对同步理论在宇宙学以及宇宙加速中的意义》,刊载于2014年12月23日出版的《PLOS ONE》杂志上。

作为一名分子遗传学家,其实验室的主攻方向是细胞循环,但基普里奥斯在数年前开始对宇宙学以及相对论理论产生了浓厚的兴趣。

他指出,这种现象可以借助全球定位系统的工作模式很容易地去加以理解。他说:“GPS卫星在自由参照系中运行,其速度相对地球而言足够快,因此必须考虑对其时间减慢效应进行修正。如果我们不去对这种效应进行修正,那么它每天都会产生大约2公里左右尺度上的偏差。”

在这里简单的案例中,GPS卫星向地面发出时间信号,同时与地球上的时间进行比对,并测定这一时刻两者之间的距离。所有这些修正都必须基于狭义相对论以及洛伦兹变换来进行,后者是一种数学方法,用于描述两名进行时空观测的观测者之间的相互关系。

基普里奥斯表示:“狭义相对论是相对性的,在其中相对的双方都会感受到时间膨胀效应,但所有我们所拥有的案例实际上都可以解读为有向的时间膨胀。

如果你观察GPS卫星,你会发现这些卫星上的时间减慢了,但从GPS卫星的角度来看,我们的时间并未减慢——而这正是相对性下会出现的情况。与此相反,我们的时间相对卫星而言变得更快了,而我们之所以知晓这一点是因为我们与卫星之间存在着实时的通讯联系。”

《星际穿越》剧照

这里提出的一项新的理论,即所谓“绝对洛伦兹变换”,描述的是有向的时间膨胀效应。基基普里奥斯发现这一理论与现有观测证据相兼容,前提是相对于有向时间膨胀发生的参照系,其所采用的“理想参照系”与质心相关联。在地球附近,这一“理想参照系”应为“以地球为中心的非转动惯性系”,这也是当前被用于GPS卫星时间膨胀效应计算的参照系。

基普里奥斯表示:“将严格的绝对洛伦兹变换应用于宇宙学数据分析将具有重要意义,尤其是在对暗能量的研究方面。”

天体之间正加速相互远离

随着宇宙膨胀,包括星系等在内的天体之间正加速相互远离,这一效应被称为“哈勃膨胀”。而绝对洛伦兹变换表明速度的增加会引发有向的时间膨胀。将这一关系套用到哈勃膨胀现象中,将会发现当前相比过去存在时间膨胀。也就是说当前我们感受到的时间流逝要比过去更快。


强度相同的超新星常常被用作测量遥远距离的宇宙“标准烛光”。距离地球相对较近的超新星,其距离与视亮度之间都存在着很好的相关关系。然而在1998年至1999年,对遥远距离上超新星的观察意外地发现其亮度要低于理论值,暗示宇宙正在加速膨胀。

基普里奥斯表示:“宇宙的这种加速膨胀一直都被归因于暗能量的作用。然而我们迄今对于暗能量的本质以及为何它在后来才开始发挥作用却仍然一无所知。而如果采用绝对洛伦兹变换的新观点,就会发现现在与过去在时间流逝上存在的差异将可以产生相似的效应,因此实际上宇宙的膨胀可能并未出现加速。如果情况的确如此,那么或许所谓的暗能量根本就不存在。”

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