大爆炸理论错了？这位科学家否定了暗物质和暗能量的存在，并用相对论解释了现代宇宙模型

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导语：在现代物理学家的眼中，暗物质和暗能量几乎是科学理论研究和实验的圣杯，很多人为此付出了一生，然而，最近的新理论观点却表明暗物质和暗能量是不存在的。

瑞士日内瓦大学名誉教授，物理学家André Maeder近日提出了一个观点激进的理论：宇宙中既没有暗物质，也没有暗能量！这个由新宇宙模型得出的结论，将改变科学家看待宇宙的方式，也将动摇目前天体物理学的支柱理论，简直颠覆了之前学界在这一领域的所有认知。

图|显示可见宇宙中暗物质可能的分布情况的模拟图片。（来源：美国自然历史博物馆）
这位瑞士物理学家已经在《天体物理学杂志》上发表了一系列文章并详细阐述了在他的构想下，没有暗物质、暗能量的宇宙是如何存在的。当然，一些读者可能会问：暗物质和暗能量，到底是什么？这两个高技术含量的术语已经出现在了越来越多的科学新闻中，但它们还没有一个明确的定义。在这种语焉不详的情况下，一般人确实会对它们感到困惑。
那么，就让我们先来讲讲暗物质、暗能量这两个概念的起源。

图|膨胀的宇宙
早在数十年前，物理学家们就已经推算得出，自宇宙大爆炸以来宇宙一直在膨胀、扩大。但是，早先科学家们还不能确定这个过程是否会逆转。然而在1998年，通过对哈勃太空望远镜的数据分析后，科学家们得出了一个令人大吃一惊的结论：宇宙的扩张正在加速。
为了解释这一现象，科学家们只能假设这种扩张是由一种被称为“暗能量”的力量驱动的。暗能量不会让宇宙匀速膨胀，而是加速膨胀。根据计算，当时的学界普遍认同暗能量占宇宙中已知能量总量的约68％。（计算过程与著名的质能方程有关。）
不过，目前我们知道的关于暗能量的一切，都是基于它与引力的关系推导出来的。换句话说，科学家们目前只能“间接地”检测它们。
那么暗物质呢？可以说，它是现代物理学衍生出的最令人不安的概念之一了。这其中的“暗”意思是它不会散发任何电磁辐射，包括可见光、微波、X射线以及伽马射线。它被称为“物质”并不意味着它是由人类已知的基本粒子组成的，但是它与普通的可见物质之间会产生引力。
因为对星系旋转问题的研究而举世闻名的天文学家薇拉·鲁宾曾提供过暗物质存在的支持性证据，但她并不是第一个提出这个想法的人。数十年前，瑞士天文学家弗里茨·兹维基注意到，有一千个左右的星系看上去是被引力束缚在“后发座星系团”上的，但它们的旋转速度也有点过快了。因此他认为，一定是有一些看不见的东西把它们和星系团连接在了一起，这就是科学家们推测的暗物质。
暗物质负责控制、稳定宇宙的当前结构，防止其加速扩张。由于暗物质本身和其他物质之间的相互作用并不多，所以它被认定是宇宙膨胀时最先稳定下来的物质，也是能最先在自身引力作用下形成有序结构的物质。

图|艺术家眼中的宇宙膨胀
Maeder提出，我们本不需要引入暗物质、暗能量的概念来解释现代物理学中的宇宙模型，只需引入相对论中的尺度不变性，即可解释目前的标准宇宙模型。迄今为止，宇宙的标准模型主要是籍由牛顿的万有引力，爱因斯坦的广义相对论和量子力学搭建起来的。
Maeder说：“在这个模型中，我认为有一个起始假设没有被考虑在内。对，我的意思就是指空间的尺度不变性，换句话说，空间及其属性在扩张或收缩之后不会改变。如果这是真的，它将改变我们之前所建立的，有关万有引力和宇宙扩张的一切理论。”

Maeder并不是第一个敢于对暗物质和暗能量概念发起挑战的人。在2010年初，阿姆斯特丹大学的弦理论物理学家Erik Verlinde就已经发表了他的引力替代理论，在其中构想了一个不存在暗物质的宇宙。而且在2016年，由Margo Brouwer领导的一个荷兰天文研究小组在莱顿天文台验证了这个颇具争议的引力替代理论，观测结果表明，用这一理论可以完美解释多达33000个星系的引力分布。

就像Verlinde的引力替代理论一样，Maeder的发现也是饱受争议的。许多物理学家认为他的新宇宙模型不过是被吹捧、炒作起来的，在解释不同星系时根本无法保持一致。此外，它也不能否定其他支持暗物质存在的证据，例如暗物质在宇宙微波背景下会产生的影响以及引力透镜现象，这些都是支撑暗物质存在的众所周知的证据。

从古代的地心说、日心说，再到现在用相对论、弦理论等解释的现代宇宙模型，旧理论不断被新理论取缔，用于解释的宇宙模型也在不断更替，但无论哪种模型都难以完美阐释整个宇宙，尽管如此，人类对宇宙的理解却也不断加深。宇宙无边无际，人类的探索也将永不停止。

编辑 | 褚茗帆
审校 | 星亦
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