量子场，还是暗能量？即将揭示宇宙早期的秘密

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在2015年希格斯玻色子发现之后，粒子物理科技领域开始沉寂下来，那么下一次爆发又会是什么时候呢？答案是很快就有新的突破，因为比大型强子对撞机灵敏度更高的对撞机正在升级中，到2026年我们即将对暗能量粒子进行全面调查，届时教科书也会被改写。说到暗能量粒子，它可不得了，主宰着宇宙的膨胀速率，目前该粒子还处于猜测阶段。观测暗能量的方法有几种，比如超新星爆发，还有对宇宙微波背景辐射的精细测量。宇宙微波背景辐射是宇宙在诞生后仅38万年的幼年时期遗留下来的光。欧洲空间局的普朗克卫星绘制出了精确度极高的宇宙早期图像，我们可以根据这个图像更好地研究宇宙中包含的各种物质。

我们可以假设早期宇宙的基本成分没有发生任何改变，然后在计算机模型中将时间往前调，就可以算出现在宇宙的膨胀率是多少。但我们对宇宙的加速膨胀速率无法把握，问题在于暗能量粒子在其中作祟。至少两种宇宙膨胀率的计算方式,算出的结果却大相径庭，科学家难免猜测是不是我们在研究过程中遗漏了什么重要的细节。NASA等机构的科学家认为，一定还存在着别的什么原因可以解释这两种测算结果的不同，由于其中一种测量方式基于早期宇宙的状态，而另一种测量方式对应的时间距离我们更近些，NASA等机构的科学家就此推测，可能宇宙在漫长的岁月里产生出了某些新的物质，而正是这种新的物质正在改变着宇宙的膨胀速度，但我们的模型却没有把这种新物质体现出来。

科学家在潜意识中认为暗能量和被锁在时空真空里的能量有关，而这种能量来自贯穿于宇宙中的全部“量子场”。根据现代量子物理学，每一个单一的粒子与其特定的场都紧密相关，这些场穿过时空，有时一些场在某些地方受到刺激变得很活跃，成为我们熟悉的粒子，类似电子、夸克和中微子这种。所以所有这些电子属于电子场，中微子属于中微子场，以此类推。这些场相互作用形成了我们所谓量子世界的基础。

在宇宙中，量子场无处不在。就算它们在宇宙某处的振动还没有资格产生粒子，我们也不能否认它的确存在着，而且正常地进行摆动、振动。因此我们不能忽视这些量子场内基本的能量，在空荡荡的真空中也不例外。科学家尝试用时空真空中奇异的量子能来解释暗能量，但最终这种解释是行不通的。如果对全部量子场中产生的能量进行简单、初级的计算，那么会得到比我们在现实宇宙中观测到的暗能量要强120个数量级的答案。于是我们进行更复杂的换算，结果竟然是零，与暗能量的测算又不同。

假设这些测量宇宙膨胀率的方法都没错，那么暗能量的确是变量的，从这一点上，我们可以逐渐摸索到量子场的本质。细化开来，就是暗能量在变化，而量子场自身也改变了。假如暗能量的变化是由一个新的量子场引起的，那么我们的宇宙中就很可能存在着一种新的粒子，这种粒子的质量和之前预测的新粒子：轴子非常相近。

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于是科学家推测，这种粒子可能在宇宙早期就出现了，而且一直隐匿在微波背景辐射的光里，而其他力量和粒子却操控着宇宙的发展方向。现在终于轮到轴子上场了。虽然我们还没有探测到轴子的存在，但是如果专家的计算没问题，就说明轴子的确存在，散布在宇宙和其量子场。而且这个理论上假设的轴子通过能够改变宇宙中暗能量的量，渐渐地显示了它的重要性。因此，即使我们还没有在实验室中找到这种粒子，它已经在毫不客气地改变着我们的宇宙，我们揪出它们的时间也不远了，2026年升级版强子对撞机将服役，教科书或许在那时候被改写。


原文地址：今日头条