新浪科技訊北京時(shí)間11月4日消息，宇宙的膨脹速度正越來(lái)越快，但究竟有多快，世界各地的天文學(xué)家似乎還沒有達(dá)成一致。
自從宇宙誕生以來(lái)，它就一直在膨脹。天文學(xué)家對(duì)宇宙膨脹的速度一直爭(zhēng)論不休，各種觀點(diǎn)也越來(lái)越令人眼花繚亂。從鄰近來(lái)源測(cè)量的膨脹速率，似乎與從遙遠(yuǎn)來(lái)源測(cè)量的膨脹速率相沖突。一種可能的解釋是，宇宙中發(fā)生了一些奇怪的事情，改變了膨脹速率。
一位理論物理學(xué)家提出，宇宙中出現(xiàn)了一種全新的粒子，并且正在改變我們整個(gè)宇宙的未來(lái)命運(yùn)。
哈勃常數(shù)
在宇宙學(xué)研究中，哈勃-勒梅特定律是宇宙膨脹理論的基礎(chǔ)，以方程表示就是v=H0D，其中v是由紅移現(xiàn)象測(cè)得的星系遠(yuǎn)離速率，H0是哈勃常數(shù)，而D是星系與觀察者之間的距離。哈勃常數(shù)代表了目前宇宙的膨脹速率，為了測(cè)量它，天文學(xué)家設(shè)計(jì)了許多聰明的方法。
其中一種測(cè)量方法是觀察鄰近的超新星爆發(fā)，即宇宙中大型恒星死亡時(shí)所爆發(fā)出的氣體和塵埃。有一類超新星具有非常明確的亮度，因此我們可以比較它們實(shí)際的亮度和應(yīng)該有的亮度，然后計(jì)算距離。接著，通過(guò)觀察超新星的主星系發(fā)出的光，天體物理學(xué)家也可以計(jì)算出它們遠(yuǎn)離我們的速度。把所有的信息綜合在一起，我們就能計(jì)算出宇宙的膨脹速率。
除了超新星，宇宙中存在的另一種東西也可以提供有關(guān)膨脹速率的信息，這就是宇宙微波背景輻射，相當(dāng)于宇宙大爆炸后留下的殘余。當(dāng)時(shí)的宇宙還處于嬰兒階段，年齡只有38萬(wàn)年。通過(guò)像普朗克衛(wèi)星等任務(wù)，科學(xué)家繪制了這些殘余輻射在整個(gè)天空的各向異性圖像，從而對(duì)宇宙的組成成分有了更精確的了解。利用這些圖像和數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模型來(lái)計(jì)算宇宙成分隨時(shí)間的變化，從而得出如今的膨脹速率應(yīng)該是多少。這種方法假設(shè)宇宙的基本成分從開始膨脹起就沒有改變過(guò)。
這兩種方法估計(jì)的數(shù)值相差甚遠(yuǎn)，科學(xué)家開始思考其中到底遺漏了什么。
宇宙的“暗面”
也許，兩種方法中有一個(gè)或兩個(gè)測(cè)量結(jié)果并不正確，或者不完整；雙方的許多科學(xué)家在爭(zhēng)論中都認(rèn)為出錯(cuò)的是對(duì)方。但是，如果我們假設(shè)這兩種測(cè)量方法都是準(zhǔn)確的，那我們就需要其他的東西來(lái)解釋不同的結(jié)果。由于一個(gè)結(jié)果來(lái)自非常早期的宇宙，另一個(gè)結(jié)果來(lái)自比較近期的宇宙，因此有科學(xué)家提出，也許宇宙中存在某些新的成分，正在以一種計(jì)算機(jī)模型中尚未涉及的方式改變著宇宙的膨脹速率。
主導(dǎo)目前宇宙膨脹的是一種神秘的現(xiàn)象，科學(xué)家稱之為暗能量。就這種我們根本不理解的東西而言，這是一個(gè)恰如其分的名字。我們只知道，宇宙的膨脹速率還在增加，而驅(qū)動(dòng)這種加速的力量就是“暗能量”。
在年輕宇宙與現(xiàn)今宇宙的比較中，物理學(xué)家假設(shè)暗能量（不管它到底是什么）是恒定的。但如果是這樣的假設(shè)，分歧就仍然存在，因此可能暗能量正在改變。
讓我們假設(shè)暗能量正在改變?？茖W(xué)家猜測(cè)暗能量可能與被鎖在時(shí)空真空中的能量有關(guān)。這種能量來(lái)自于宇宙中彌漫的“量子場(chǎng)”。在現(xiàn)代量子物理學(xué)中，每一種粒子都與特定的場(chǎng)聯(lián)系在一起。這些場(chǎng)“沖刷”著所有的時(shí)空，有時(shí)，場(chǎng)的一部分還會(huì)在某些地方變得非?；钴S，形成已知的粒子，比如電子、夸克和中微子等。所有的電子都屬于電子場(chǎng)，所有的中微子都屬于中微子場(chǎng)，以此類推。這些場(chǎng)的相互作用構(gòu)成了我們理解量子世界的基礎(chǔ)。
無(wú)論去到宇宙的什么地方，你都無(wú)法逃離量子場(chǎng)。即使某個(gè)特定位置的量子場(chǎng)沒有足夠的振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)粒子，它們也仍然在那里，不斷搖擺和振動(dòng)，做著正常的量子運(yùn)動(dòng)。因此，這些量子場(chǎng)具有一定的與之相關(guān)的能量，即使在真空中也是如此。
如果我們想利用時(shí)空真空的量子能量來(lái)解釋暗能量，我們馬上就會(huì)遇到問(wèn)題。科學(xué)家進(jìn)行了一些非常簡(jiǎn)單的計(jì)算，估計(jì)真空中有多少能量是由所有的量子場(chǎng)引起的，結(jié)果得到一個(gè)比觀察到的暗能量強(qiáng)120個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)值。然而，當(dāng)科學(xué)家嘗試一些更復(fù)雜的計(jì)算時(shí)，得到的結(jié)果卻是零。這也與暗能量的測(cè)量值不一致。
因此無(wú)論如何，我們都很難通過(guò)時(shí)空真空能量（由量子場(chǎng)產(chǎn)生的能量）來(lái)理解暗能量。但是，如果宇宙膨脹速率的測(cè)量都是準(zhǔn)確的，那就表明暗能量確實(shí)在變化，這可能會(huì)給我們一些了解量子場(chǎng)本質(zhì)的線索。具體來(lái)說(shuō)，如果暗能量在變化，那就意味著量子場(chǎng)本身也在變化。
新的敵人出現(xiàn)了
意大利帕多瓦大學(xué)的理論物理學(xué)家馬西莫·塞爾多尼奧（Massimo Cerdonio）近期在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表了一篇論文，計(jì)算了暗能量變化所需的量子場(chǎng)變化量。
如果存在一個(gè)與暗能量變化有關(guān)的新量子場(chǎng)，那就意味著宇宙中存在一種新的粒子。塞爾多尼奧計(jì)算出的暗能量變化值要求特定的粒子質(zhì)量，而這一質(zhì)量剛好與此前預(yù)測(cè)的一種新粒子的質(zhì)量大致相同，那就是所謂的軸子（axion）。物理學(xué)家提出這個(gè)假想粒子的原因，就是為了解決我們?cè)诶斫鈴?qiáng)核力的量子理論時(shí)遇到的一些問(wèn)題。
軸子可能出現(xiàn)于非常早期的宇宙，但一直“潛伏”在宇宙微波背景中，由其他力和粒子控制著宇宙的走向?，F(xiàn)在可能輪到軸子發(fā)揮作用了……即便如此，我們還從未探測(cè)到軸子。如果科學(xué)家的計(jì)算是準(zhǔn)確的，那就意味著軸子確實(shí)存在，充滿了宇宙和宇宙中的量子場(chǎng)。或許軸子通過(guò)改變宇宙中暗能量的數(shù)量，已經(jīng)引起了科學(xué)家的注意。盡管還從未在實(shí)驗(yàn)室里探測(cè)過(guò)這種粒子，但它可能正在最大的尺度上改變著宇宙。
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