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爱因斯坦的宇宙学常数到了岌岌可危的时刻?

2017-09-09  gaoge5626
近日,国家天文台研究人员发现了暗能量可能是一种动力学场,而不是爱因斯坦提出的宇宙学常数。这个发现为世界暗能量研究提供了新的思路,同时也推动了中国在暗能量研究的进展。我们知道暗能量占据宇宙质能的70%,可以说决定着宇宙的命运,但我们却对暗能量知之甚少。1998年,科学家在对1a型超新星进行观测时发现,其亮度比预期的要暗得多,这说明宇宙除了在暗物质的影响下还能加速膨胀,这种未知的力量被称为暗能量。通俗地说,暗能量是一种机制,这种机制可引发宇宙加速膨胀。

  此后人们对暗能量的研究开始深入,提出了多种解释模型,其中宇宙学常数模型是与观测符合比较好的模型,这个宇宙学常数最初由爱因斯坦引入到静态宇宙学模型中,在1915年至1917年,爱因斯坦用广义相对论引力场方程解释我们的宇宙,试图建立新的宇宙学模型。当时科学界依然认为宇宙是静止、不随时间而变化,因此爱因斯坦为了得到一个稳定的解,加入了宇宙学常数,这个常数在爱因斯坦方程中的作用是斥力,因此暗能量的一种可能就是宇宙学常数。


  1929年,哈勃发现宇宙加速膨胀后爱因斯坦放弃了这个常数,并认为这是一个错误,而到了1998年观测1a型超新星发现宇宙加速膨胀后,又重新引入了宇宙学常数。由于宇宙学常数模型遇到的一些问题,因此科学家提出了暗能量可能是动力学性的,其特点是随时间推移而演化。

  需要指出的是,爱因斯坦的宇宙学常数和今天(1998年重新引入)宇宙学常数还有点不同的,比如后者可包含真空能,只是在某种条件下其等效于爱因斯坦在一百年前引入的宇宙学常数。代表暗能量的宇宙学常数在我们生活中是无法感觉到的,其表现在于真空环境中压强为负值,支配着整个宇宙的演化,加速宇宙膨胀。

  目前在动力学暗能量方面有几个比较著名的模型,比如Quintessence模型,在这个模型中引入了Quintessence场,其状态方程与爱因斯坦提出的宇宙学常数模型不一样,没有宇宙学常数这个固定值,而是在一定的区间内是可变的,因此这个模型可以用来处理宇宙学常数不存在的巧合性问题。动力学暗能量模型中还有一个称为Phantom模型,虽然解决了暗能量状态方程中的一些问题的,但这个模型的问题在于推演下去我们的宇宙将终结于大撕裂。于是科学家就提出了一种称为Quintom的暗能量模型,这是综合了Quintessence模型和Phantom模型,堪称是一个结合体,同时拥有两个模型的特点。在Quintom暗能量动力学模型研究中,中国科学家扮演了重要角色,并且赋予了这个模型一个非常吸引人的名字,叫做精灵模型。另外还有一个模型称之为全息暗能量模型,其通过全息原理来解释宇宙的动力学演化,即红外-紫外(UV-IR)关系,可以说全息暗能量模型目前表现较为出色,也是动力学暗能量研究中比较成功的模型。那么哪一种将终结宇宙学常数模型呢,我们拭目以待吧。

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