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“爱因斯坦的最大的失误”可能会最后得到修复

在其两侧的两个星系,在线路的腹板的图示旨在说明暗能量
星系弯曲的空间 - 时间(绿色)的织物的图示,以及暗能量(紫色),其中占主导地位重力的影响的平滑效果。
(图像:©NASA / JPL-加州理工学院vwin快乐彩)

有一个在物理学的一个基本问题。

单号,被称为宇宙常数,桥梁量子力学和爱因斯坦的广义相对论理论的宏观世界的微观世界。但无论是理论上可以在它的值一致。

事实上,有这个常数的观测值,什么理论预测,它被广泛认为是物理学史上最糟糕的预测之间的这种巨大的差异。解决这种差异可能是理论物理本世纪最重要的目标。

卢卡斯Lombriser,理论物理在瑞士日内瓦大学的助理教授,先后引进了评估引力爱因斯坦方程找到宇宙常数紧密匹配与观测值的值的新方法。他在10月在线出版的他的方法该杂志的10问题B物理快报

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如何爱因斯坦的最大的失误变成了暗能量

宇宙常数的故事始于一个多世纪前,当爱因斯坦提出了一套方程式,现在被称为爱因斯坦场方程,即成为了他的框架广义相对论。方程解释的空间和时间面料能量怎么回事,并经创建重力。当时,爱因斯坦和天文学家都认为宇宙是固定的大小和星系之间的整体空间没有改变。然而,当应用爱因斯坦广义相对论宇宙作为一个整体,他的理论预测的不稳定宇宙要么膨胀或收缩。要强制宇宙是静态的,爱因斯坦上涨了宇宙常数。

近十年后,另一个物理学家,埃德温·哈勃,发现我们的宇宙不是静止的,而是不断扩大。来自遥远星系的光表明他们都相互移开。这启示说服爱因斯坦从他的场方程放弃了宇宙常数,因为它不再需要解释宇宙膨胀。物理传说它是爱因斯坦后来交代说,他介绍了宇宙常数是也许是他最大的错误

1998年,遥远的超新星的观测表明,宇宙不只是扩大,但扩张正在加快。星系彼此仿佛某种未知的力克服重力和推搡除了那些星系加速远离。物理学家命名这个神秘现象暗能量,其真正的本质仍然是一个谜。

在讽刺意味的是,物理学家再次重新引入宇宙常数到爱因斯坦场方程来考虑暗能量。在当前宇宙学的标准模型称为ΛCDM(LAMBDA CDM),宇宙常数是与暗能量互换。天文学家甚至估计基于在遥远的超新星的观测和波动,其值宇宙微波背景。虽然数值荒谬小(10 ^ -52每平方米的数量级),在宇宙的规模,这是显著足以说明的空间的加速膨胀。

“宇宙学常数或暗能量]目前约占在我们的宇宙,这是我们可以从观察到的加速扩张推断,我们的宇宙是目前正在进行的能量含量的70%。然而,这个常数是不理解,” Lombriser说。“试图说明它已经失败,而且似乎是我们在我们如何理解宇宙失去了一些东西根本。解开这个谜题是现代物理学的主要研究领域之一。人们普遍预计,解决这个问题可能会导致 us to a more fundamental understanding of physics."

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在物理学史上最糟糕的理论预测

宇宙常数被认为代表就是物理学家所说的“真空能量”。 Quantum-field theory states that even in a completely empty vacuum of space, virtual particles pop in and out of existence and create energy — a seemingly absurd idea, but one that has been observed experimentally.当物理学家尝试计算其对宇宙学常数的贡献,就会出现问题。他们得出的结果与观测值的差异大得令人难以置信:10的121次方(即10后面加120个0),这是物理学中理论与实验之间最大的差异

这种差异导致一些物理学家怀疑爱因斯坦最初的引力方程;一些人甚至提出了引力的替代模型。然而,激光干涉引力波天文台(LIGO)只加强了广义相对论,并摒弃了这些替代理论中的许多。这就是为什么Lombriser没有重新思考引力,而是采用了一种不同的方法来解决这个宇宙之谜。

“我提出的机制并没有改变爱因斯坦的场方程,”Lombriser说。相反,“它在爱因斯坦场方程的基础上又增加了一个方程。”

引力常数,最早用于牛顿的万有引力定律现在是爱因斯坦场方程的一个重要部分,描述物体间引力的大小。它被认为是物理学的基本常数之一,自宇宙诞生以来就从未改变过。Lombriser做了一个戏剧性的假设:这个常数可以改变。

在Lombriser对广义相对论的修正中,引力常数在我们可观测的宇宙中保持不变,但在宇宙之外可能会发生变化。他提出了一种多元宇宙的设想,即宇宙中可能有一些我们看不见的小块区域,它们的基本常数值各不相同。

引力的这种变化给了隆布里塞一个额外的方程,它把宇宙常数与时空中物质的平均和联系起来。在他计算了所有星系、恒星和宇宙暗物质的估计质量之后,他可以解出这个新的方程,从而得到一个新的宇宙常数值——一个与观测值非常接近的值。

使用新的参数,ΩΛ(λω),表达宇宙的一部分由暗物质,他发现约74%的宇宙是由暗能量。这个数字与通过观测得到的68.5%的估计数非常接近,比量子场论发现的巨大差异有了巨大的改善。

尽管Lombriser的框架可能解决宇宙常数的问题,但目前还没有办法对它进行测试。但在未来,如果其他理论的实验验证了他的方程,这可能意味着我们对暗能量的理解有了重大飞跃,并为解决其他宇宙之谜提供了工具。

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