研究稱暗能量或不存在 宇宙并未加速膨脹

暗能量是一種假想中存在的神秘能量，科學(xué)家們認(rèn)為它正推動我們所在的宇宙加速膨脹。而近日一項由美國佐治亞大學(xué)教授愛德華·基普里奧斯(EdwardKipreos)開展的研究則提出，人們看待時間膨脹的方式將會提供一種不同的暗能量解釋。所謂時間膨脹是一種由愛因斯坦預(yù)言的時間減慢效應(yīng)。

在去年大熱的好萊塢科幻大片《星際穿越》中，一個科學(xué)家小組穿越空間中的蟲洞去尋找可供居住的新的行星。其中提到的一項細(xì)節(jié)便是說科學(xué)家們必須考慮時間膨脹效應(yīng)：在那顆遙遠(yuǎn)星球上采集數(shù)據(jù)時花費的1小時就相當(dāng)于地球上的7年時間。

愛因斯坦的廣義相對論指出，重力作用下的時間膨脹效應(yīng)具有方向性，即位于強(qiáng)重力場中的物體相較于位于較低重力場中的物體將體驗到更慢的時間。與之相對的，愛因斯坦的狹義相對論則描述了兩個運動中的物體之間的所謂“相互時間膨脹”效應(yīng)，即兩個運動中的物體相互之間都能感受到時間的減慢。

而根據(jù)一份新發(fā)表的論文指出，運動導(dǎo)致的時間膨脹可能并非“相互的”，而是有方向性的，即只有那個運動中的物體會感受到時間膨脹。這篇論文題為《絕對同步理論在宇宙學(xué)以及宇宙加速中的意義》，刊載于2014年12月23日出版的《pLOSONE》雜志上。

作為一名分子遺傳學(xué)家，其實驗室的主攻方向是細(xì)胞循環(huán)，但基普里奧斯在數(shù)年前開始對宇宙學(xué)以及相對論理論產(chǎn)生了濃厚的興趣。他指出，這種現(xiàn)象可以借助全球定位系統(tǒng)的工作模式很容易地去加以理解。他說：“GpS衛(wèi)星在自由參照系中運行，其速度相對地球而言足夠快，因此必須考慮對其時間減慢效應(yīng)進(jìn)行修正。如果我們不去對這種效應(yīng)進(jìn)行修正，那么它每天都會產(chǎn)生大約2公里左右尺度上的偏差。”

在這里簡單的案例中，GpS衛(wèi)星向地面發(fā)出時間信號，同時與地球上的時間進(jìn)行比對，并測定這一時刻兩者之間的距離。所有這些修正都必須基于狹義相對論以及洛倫茲變換來進(jìn)行，后者是一種數(shù)學(xué)方法，用于描述兩名進(jìn)行時空觀測的觀測者之間的相互關(guān)系。

基普里奧斯表示：“狹義相對論是相對性的，在其中相對的雙方都會感受到時間膨脹效應(yīng)，但所有我們所擁有的案例實際上都可以解讀為有向的時間膨脹。如果你觀察GpS衛(wèi)星，你會發(fā)現(xiàn)這些衛(wèi)星上的時間減慢了，但從GpS衛(wèi)星的角度來看，我們的時間并未減慢——而這正是相對性下會出現(xiàn)的情況。與此相反，我們的時間相對衛(wèi)星而言變得更快了，而我們之所以知曉這一點是因為我們與衛(wèi)星之間存在著實時的通訊聯(lián)系。”

這里提出的一項新的理論，即所謂“絕對洛倫茲變換”，描述的是有向的時間膨脹效應(yīng)?；绽飱W斯發(fā)現(xiàn)這一理論與現(xiàn)有觀測證據(jù)相兼容，前提是相對于有向時間膨脹發(fā)生的參照系，其所采用的“理想?yún)⒄障怠迸c質(zhì)心相關(guān)聯(lián)。在地球附近，這一“理想?yún)⒄障怠睉?yīng)為“以地球為中心的非轉(zhuǎn)動慣性系”，這也是當(dāng)前被用于GpS衛(wèi)星時間膨脹效應(yīng)計算的參照系。

基普里奧斯表示：“將嚴(yán)格的絕對洛倫茲變換應(yīng)用于宇宙學(xué)數(shù)據(jù)分析將具有重要意義，尤其是在對暗能量的研究方面。”

隨著宇宙膨脹，包括星系等在內(nèi)的天體之間正加速相互遠(yuǎn)離，這一效應(yīng)被稱為“哈勃膨脹”。而絕對洛倫茲變換表明速度的增加會引發(fā)有向的時間膨脹。將這一關(guān)系套用到哈勃膨脹現(xiàn)象中，將會發(fā)現(xiàn)當(dāng)前相比過去存在時間膨脹。也就是說當(dāng)前我們感受到的時間流逝要比過去更快。

強(qiáng)度相同的超新星常常被用作測量遙遠(yuǎn)距離的宇宙“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。距離地球相對較近的超新星，其距離與視亮度之間都存在著很好的相關(guān)關(guān)系。然而在1998年至1999年，對遙遠(yuǎn)距離上超新星的觀察意外地發(fā)現(xiàn)其亮度要低于理論值，暗示宇宙正在加速膨脹。

基普里奧斯表示：“宇宙的這種加速膨脹一直都被歸因于暗能量的作用。然而我們迄今對于暗能量的本質(zhì)以及為何它在后來才開始發(fā)揮作用卻仍然一無所知。而如果采用絕對洛倫茲變換的新觀點，就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在與過去在時間流逝上存在的差異將可以產(chǎn)生相似的效應(yīng)，因此實際上宇宙的膨脹可能并未出現(xiàn)加速。如果情況的確如此，那么或許所謂的暗能量根本就不存在?！?/p>