震惊!最新研究或推翻宇宙大爆炸论

爆炸宇宙论认为宇宙是在一次大爆炸后形成,并且在不断的膨胀。但根据一项最新的研究,宇宙目前可能并没有加速膨胀。这意味着神秘的“暗能量”实际上可能并不存在。这可是具有相当冲击性的主张。

2012年7月NASA发布黑洞吞噬恒星新证据(图源:VCG)

综合媒体报道,要知道,在2011年,诺贝尔物理学奖颁给了来自两个研究团队的3名天文学家,因为他们各自独立的证明了遥远的Ia型超新星(一种爆炸的恒星)以比地球附近天体更快的速度远离地球。换言之,我们的宇宙正在加速膨胀。这些令人惊讶的成果发表于上世纪90年代末,它们强烈地暗示存在一些奇怪的力将时空分离了。

理由是,假如不存在这些力,那么138亿年前从大爆炸开始的宇宙膨胀不可能持续加速。相反,它会因为宇宙中所有星系、黑洞以及其它物质的引力作用而逐渐减速。由于天文学家们当时并不清楚这种力的具体性质(事实上到现在也一样),这种假设中的力被称为暗能量。

但是星期五(10月21日)在期刊《科学报告》上发表的报告向这一诺奖级结论提出了质疑。文章的第一作者是哥本哈根大学尼尔斯·波尔学院的J.T. Nielsen。他与他的同事一道,利用和上世纪90年代时诺奖团队不同的理论框架分析了超过740个Ia型超新星。

Nielsen的团队同时指出,原先的工作只使用了大约70个Ia型超新星的数据,新的分析发现了否定有关暗能量这一概念和加速膨胀的“关键证据”。

文章的第二作者,牛津大学的Subir Sarkar在声明中表示,按照物理学家的说法,有关加速膨胀的证据可靠程度最多只有“3σ”,这远远小于声称具有根本性不同时所需的可靠度达“5σ”这一标准。这意味着我们很有可能被误导了。有关暗能量的真相是,它是我们利用过于简化的理论模型分析数据时产生的一个巧合。Sarkar还补充道,其中一个理论模型事实上是在上个世纪30年代时建立的,那时我们还没有任何实际观测数据。

Sarkar承认,还需要做大量的工作,才能让物理学界接受这一可能反映了实际情况的最新结论。这一评价非常准确,其它天文学家目前反对这个最新的结论。Paul Sutter就是质疑者之一。他是俄亥俄州立大学的一位天体物理学家。

Sutter认为Nielsen等人不应该如此轻视他们发现的所谓“统计学关联”,他不清楚别人的看法,但是至少在他看来,3σ标准已经足够高了。诺奖团队的文章非常清楚地指明了一个拥有暗能量的宇宙。

尽管Sutter同意Sarkar关于3σ检验本身不具有足够说服力的观点。但他强调Ia型超新星的运动远不是支持暗能量存在的唯一证据。Sutter引用了部分其它证据:宇宙微波背景辐射(大爆炸残留下来的最古老的光)的涨落,对宇宙大尺度的观测和“重子声学震荡”(物质密度的涨落),这些观测结果都是暗能量存在的证明。

Sutter认为,如果宇宙中不存在暗能量,以上现象早就消失了。我们有来自各种独立探测器的海量证据,所有这些证据都证明暗能量的存在。而新研究的作者们只是大手一挥,就把这些证据全部抛到九霄云外了。

新的文章的确能帮助科学家更好地理解如何利用超新星数据来更好地处理暗能量。但文章作者们——如Sarkar所言,认为标准宇宙学模型的一个重要支柱相当不牢靠,这步子就显然迈得太大了。Sutter说,除开作者试图做出的爆炸性结论,这篇文章在方法论上的讨论还是很有意思的。但它并没有撼动现代宇宙学的根基。

大爆炸宇宙论

大爆炸(英语:Big Bang),是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型,这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的(根据2013年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.98±0.37亿年),并经过不断的膨胀到达今天的状态。

大爆炸这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论,又在场方程的求解上作出了一定的简化(例如空间的均匀和各向同性)。

在发现暗能量之前,宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种图景:如果宇宙能量密度超过临界密度,宇宙会在膨胀到最大体积之后坍缩,在坍缩过程中,宇宙的密度和温度都会再次升高,最后终结于同爆炸开始相似的状态——即大挤压;相反,如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度,膨胀会逐渐减速,但永远不会停止。

恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止;恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地,这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度,从而达到所谓大冻结。

此外,倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的,重子物质最终也会全部消失,宇宙中只留下辐射和黑洞,而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的熵会增加到极点,以致于再也不会有自组织的能量形式产生,最终宇宙达到热寂状态。

现代观测发现宇宙加速膨胀之后,人们意识到现今可观测的宇宙越来越多的部分将膨胀到我们的事件视界以外而同我们失去联系,这一效应的最终结果还不清楚。在一模型中,暗能量以宇宙学常数的形式存在,这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集,并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂。

对暗能量的其他解释,例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开,即所谓大撕裂。