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暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

 斯郎曲培卓擁 2019-04-17

是的!愛因斯坦在他的廣義相對(duì)論中強(qiáng)調(diào)過,在狹義相對(duì)論中提出的真空假設(shè)里,光速常數(shù)只在遠(yuǎn)離引力的非加速參考系中局部性存在。在引力場(chǎng)中,光速根據(jù)愛因斯坦的引力紅移公式而變化:

c(r)=[1+2_φ(r)/c^2]c,

公式中的c(r)為光的可變非局部速度,r為徑向距離,φ(r)為可變勢(shì)能差,c為光的不變局部速度。光速的變化使它脫離狹義相對(duì)論的范疇,進(jìn)入廣義相對(duì)論的范疇。

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

暗能量是紅移的主要原因,它是我們宇宙中的主要能量,具有負(fù)引力和正勢(shì)能。

紅移能量有一個(gè)很明顯的大問題,紅移的光子已經(jīng)失去了能量,但沒有人知道紅移的能量去了哪里。暗能量是我們宇宙中的主要能量,它加速遠(yuǎn)離遙遠(yuǎn)星系,因此,根據(jù)等效原理,它無法與負(fù)引力進(jìn)行區(qū)分。正引力有負(fù)的重力勢(shì)能,負(fù)引力有正的重力勢(shì)能。在遙遠(yuǎn)星系中,暗能量的正勢(shì)能梯度正在下降。我們的宇宙是一個(gè)有引力的暗能量勢(shì)能場(chǎng)。從我們的參照系中觀測(cè)到的光速是根據(jù)愛因斯坦的引力紅移公式推導(dǎo)出的。

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

來自遙遠(yuǎn)星系的可見光子正沿著暗能量勢(shì)能梯度向上移動(dòng),失去內(nèi)能e(r)=hf(r),同時(shí)獲得暗能量勢(shì)能φ(r)。勢(shì)能是什么?為了預(yù)測(cè)它,我們需要一個(gè)答案去擴(kuò)展愛因斯坦廣義相對(duì)論領(lǐng)域的方程式,其中包括暗能量質(zhì)量/能量-動(dòng)量張量。

天文學(xué)家以前總是假設(shè)光子的波長(zhǎng)λ(r)發(fā)生了變化(即“延伸”),而不是去假設(shè)光速c(r)發(fā)生了變化。暗能量所導(dǎo)致的時(shí)間膨脹給天文學(xué)、宇宙學(xué)和“大爆炸”理論帶來了深刻的改變。

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

根據(jù)定義,暗能量是導(dǎo)致宇宙加速膨脹的物質(zhì)。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論等價(jià)原理,加速度與引力是分不開的。因此,暗能量和引力也是不可區(qū)分的。引力來自相對(duì)論質(zhì)量,而負(fù)引力來自于負(fù)相對(duì)論質(zhì)量。愛因斯坦狹義相對(duì)論的一個(gè)成果是:負(fù)相對(duì)論質(zhì)量必須以大于光速(無窮小)的速度運(yùn)動(dòng),在光速下,它們將具有負(fù)的假想靜止質(zhì)量。唯一要測(cè)量的比光速快(無窮?。┑牧W邮侵形⒆?。然而,可能存在的誤差通常都太大以至于無法得出一致的超光速結(jié)果。

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

有一結(jié)論性的證據(jù)表明,隨著IceCube-170922A高能(E ~290 tev)中微子的到來,中微子會(huì)以比光速更快的速度運(yùn)動(dòng),該結(jié)論計(jì)劃于2017年9月22日公布,然而直到2018年7月13日才發(fā)表。中微子來自布拉扎爾TXS 0506+056,37億(3.7×10^9)光年遠(yuǎn)的地方。IceCube-170922A中微子比來自這個(gè)耀類星體的γ射線光子早了大約“10天”到達(dá),因此贏得了這場(chǎng)最長(zhǎng)距離的競(jìng)賽。據(jù)報(bào)道,γ射線(不是質(zhì)量稍慢的“宇宙射線”)于2018年10月4日抵達(dá)魔術(shù)城,實(shí)際上是11天后才抵達(dá)。因?yàn)橹形⒆邮紫鹊竭_(dá),人們便錯(cuò)誤地認(rèn)為這是“反洛倫茲共變性”。中微子要提前11天到達(dá),必須接近V=(1+8.1 x 10^–12)C。

所有最精確的中微子質(zhì)量平方測(cè)量值均為負(fù)值,這表明中微子具有負(fù)的假想靜止質(zhì)量,也表明了愛因斯坦的狹義相對(duì)論中要求粒子以比光速更快的速度運(yùn)動(dòng):

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

質(zhì)量平方(電子基)=?0.6±1.9eV^2,我們的平均值為-12,均大于或等于?0.6,兩個(gè)正數(shù),但伴隨著可能存在最大誤差。

當(dāng)一個(gè)粒子以大于光速的速度運(yùn)動(dòng),并且具有負(fù)的假想靜止質(zhì)量,那么它將具有負(fù)的真實(shí)相對(duì)論質(zhì)量和引力。因此我們可以說中微子構(gòu)成了暗能量,它導(dǎo)致了宇宙的加速膨脹。

以下論文給出了更多的細(xì)節(jié)

暗能量-暗物質(zhì),關(guān)于它們統(tǒng)一的因果關(guān)系的論文。

從“宇宙大爆炸”開始,人類對(duì)類星體的測(cè)量可以追溯到十億年前。而新測(cè)量結(jié)果表明,暗能量不是一個(gè)“宇宙常數(shù)”,而是一直在增加:有關(guān)暗能量、暗物質(zhì)和暗流體的更多信息,請(qǐng)參閱我對(duì)以下問題的回答:

如果暗物質(zhì)無法測(cè)量,那它是真的存在還是僅僅只是一個(gè)想法?

暗物質(zhì)”沒有被探測(cè)到過,這是因?yàn)樗淮嬖凇_@是一個(gè)還沒有被證實(shí)的很棒的猜想。而現(xiàn)在我們知道這完全是一種多余的想法,因?yàn)椤鞍滴镔|(zhì)”效應(yīng)可以由負(fù)質(zhì)量的“暗流體”產(chǎn)生,從而消除對(duì)額外“暗物質(zhì)”粒子的任何需要。以下出版物引起了媒體的狂熱關(guān)注:我最早發(fā)現(xiàn)了暗能量和暗物質(zhì)都可以用負(fù)質(zhì)量來解釋,并于2018年5月13日發(fā)表這一觀點(diǎn)。我的論文里給出了更多關(guān)于這種“暗流體”的細(xì)節(jié),包括它是什么以及它的量子力學(xué)性質(zhì):

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

只有足夠的“暗流體”才能支撐宇宙中的普通物質(zhì)(非95%)。簡(jiǎn)要總結(jié)如下:

人們把導(dǎo)致宇宙加速膨脹的物體命名為暗能量。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論等效原理,加速度與引力是分不開的。所以暗能量和引力也是不可區(qū)分的。引力與質(zhì)量有關(guān),負(fù)引力與負(fù)質(zhì)量有關(guān)。1918年,愛因斯坦在放棄著名的宇宙學(xué)常數(shù)之前,對(duì)他發(fā)現(xiàn)的新項(xiàng)目進(jìn)行了第一次物理解釋:“這個(gè)理論需要進(jìn)行修改,例如‘真空區(qū)’起到吸引分布在整個(gè)星際空間的負(fù)質(zhì)量的作用?!保◥垡蛩固?918年)。愛因斯坦狹義相對(duì)論的一個(gè)理論成果是,負(fù)質(zhì)量的傳播速度(無窮?。┍仨毚笥诠馑?,并且會(huì)有負(fù)的假想靜止質(zhì)量。只有中微子才會(huì)被測(cè)量到以高于光速的速度運(yùn)動(dòng)。

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

如何最簡(jiǎn)潔明了地解釋超光速粒子移動(dòng)速度為何比光速更快?

愛因斯坦特殊理論里的洛倫茲變換解釋了這一點(diǎn)。你需要理解為何洛倫茲因子比光速移動(dòng)得更快。首先,它是負(fù)虛數(shù),它的質(zhì)量也是。我發(fā)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的解釋來自下面的漫畫中:

暗能量是何方神圣?竟能導(dǎo)致宇宙膨脹

下面是2018年8月8日,喬治梅森大學(xué)名譽(yù)物理學(xué)家教授羅伯特·埃利希就以下主題發(fā)表的文稿:2018年7月13日,有消息稱IceCube-170922A中微子在Blazar TXS 0506+056望遠(yuǎn)鏡接收到電磁信號(hào)前“10天”(實(shí)際上是11天)到達(dá),距離約為4 x 10^9光年。如果它們是像假設(shè)那樣由同一個(gè)罕見事件引發(fā)的,那么這就是中微子以無限小的速度比光速運(yùn)行快的確鑿證據(jù)。中微子要提前11天到達(dá),必須接近,V=(1+8.1 x 10^–12)C。這是對(duì)我上面論文中一個(gè)預(yù)測(cè)的證實(shí)。

此外,中微子的負(fù)質(zhì)量平方只能來自(負(fù))假想的靜止質(zhì)量:質(zhì)量平方(電子基)=-0.6±1.9 eV^2我們的平均值為-12負(fù),均大于或等于-0.6,2正,但伴隨著可能存在的最大誤差。

從“宇宙大爆炸”開始,人類對(duì)類星體的測(cè)量可以追溯到十億年前。而新測(cè)量結(jié)果表明,暗能量不是一個(gè)“宇宙常數(shù)”,而是一直在增加。

物理學(xué)很美,一旦你能正確地理解它,一切就將以一種完美的和諧方式結(jié)合在一起。

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