暗物质和暗能量是一样的吗？它可以创造虫洞和时间机器

可梦吧

天文学家最擅长给事物命名。暗能量和暗物质？谁能记住哪个是哪个？

但有一位天文学家刚刚修复了它，有一种理论认为它们可能实际上是相同的东西。牛津大学的天体物理学家杰米·法恩斯博士刚刚发表了一篇论文，指出暗能量和暗物质都可能由同一现象引起。这是非常疯狂的：负质量粒子不断地在星系之间出现。这种相当铺张浪费的说法引起了媒体的歇斯底里的反应。暗能量和暗物质的统一理论：修正lambda CDM框架内的负质量和物质创造”。

正如任何将暗物质和暗能量结合起来的新理论一样，也许它有助于我们首先了解它们是什么。

星系旋转得太快了。仅仅依靠可见物质的引力，他们不应该被紧紧地绑在一起。它们应该把星星撒向太空。

所以我们得出结论，星系和宇宙物质的物质是我们实际看到的物质的5-10倍。我们称之为暗物质，尽管我们可能无法找到构成它的奇异粒子。暗能量是完全不同的——标准的说法是这样的。对遥远的超新星的观察告诉我们宇宙的膨胀正在加速。如果空间本身有一点点能量，这个加速度会和你得到的效果相匹配。因为膨胀物而产生的空间越多，你得到的“暗能量”就越多，这就导致了更多的加速度。事实上，我们必须更仔细地思考为什么暗能量会导致加速膨胀，这对于新的论文很重要。暗能量的标准图景是空间真空中一个实际大于零的能量。根据爱因斯坦的广义相对论，任何这样的正能量都会产生向内的引力。暗能量就是这样。

那么，为什么它会导致向外推动，加速扩张呢？这是一个非常微妙的点，最重要的发现是在这个例子中，我们分离了第二个弗里德曼方程。这就是爱因斯坦方程的解，它告诉你宇宙膨胀的加速度。但这里有一个关键点：如果空间有一个常数，正能量密度，那么它也有一个负压力。由于我们深入研究这些事件的不明原因，负压会产生反引力效应。所以暗能量有着相互竞争的效应——正能量密度给了它正引力效应，但负压力是反引力。在暗能量的情况下，后者获胜，因此宇宙的膨胀加速。其中一个重要的部分是暗能量的能量密度是恒定的，所以它不会随着宇宙的膨胀而稀释。在爱因斯坦方程和弗里德曼方程中，恒定的能量密度由宇宙学常数或lambda表示。正的lambda意味着加速膨胀。

杰米·法恩斯正在寻找一种能解释暗能量和暗物质的反引力效应的方法。他试图用非常不同的方式做到这一点：负质量。在物理学中，我们通常假定质量总是正的。暂时忘记压力，正的质量和能量总是有正的引力效应。

它们吸引其他东西。那么负质量呢？答案很复杂——像负质量这样奇怪的东西如何从广义相对论转化为牛顿定律并不总是显而易见的。但现在让我们来看看这篇论文的论点，它是基于牛顿物理学的。在牛顿引力中，你把两个质量和其他物质一起乘起来，得到它们相互引力的强度。从定义上讲，两个正质量总是产生吸引力。两个负质量会抵消对方的符号，所以也会给你一个吸引力。但是有一个负质量和一个正质量，最后的重力有相反的符号，这使它具有排斥性。法恩斯博士把牛顿的论点向前推进了一步。质量决定了引力场的强度和方向，那就是引力质量。它还通过牛顿第二定律确定物体对力的反应方式。在这个方程中，质量是惯性质量。它应该和引力质量一样，以保持等效原理。对于正惯性质量，加速度方向与作用力方向相同。对于负质量，该方程表明加速度与作用力方向相反。根据牛顿的解释，把一个负质量推离你，它会向你移动。所以法恩斯认为，两个负质量之间的“吸引力”引力实际上应该把它们分开。这是为了向外推动以取代暗能量。同时，负质量和正质量之间的排斥力应排斥正质量并吸引负质量。这是一个奇怪的情况，但正如我马上要解释的，它会给我们暗物质的替代品。

事实上，让我们从暗物质开始，利用负质量粒子和正质量粒子相互作用的思想，建立了一个N体模拟模型。基本上，他用正负质量粒子，以及牛顿定律的解释，将一个虚拟宇宙编程到他的计算机中。这些模拟表明，当被负质量粒子包围时，星系确实旋转得更快。这是因为星系中的正质量吸引了负质量的光环，但同时正质量被周围光环向内排斥。这就从外部限制了星系，因此它的旋转速度比单靠重力把星系连接在一起时要快。这是一个非常酷的结果。要使相同的负质量物质也能模拟暗能量，需要一个额外的巨大假设。问题是，随着宇宙的膨胀，我们的负质量会逐渐消失。为了解决这个问题，法恩斯提出，随着宇宙的膨胀，这些负质量不断地被创造出来。即使正质量密度下降，也能保持负质量密度不变。其结果是一种非常扩散的负质量流体，充满宇宙并不断地自我补充。

除了向弗雷德·霍伊尔和赫尔曼·邦迪大喊大叫之外，没有任何真正的理由来证明这一点，他们在严重揭穿稳态宇宙观的过程中提出了类似的观点。但这很酷——暗能量背后的物理解释也很脆弱。一个常数的正能量密度可以表示为一个宇宙学常数吗？一个正的lambda会产生一个反重力的负压力？一个常数的负能量密度，就像法恩斯提出的那样，给出了一个负的宇宙学常数。这就产生了一个正压力，在广义相对论中，正压力增加了一个吸引人的引力，不管是什么原因造成的。如果我们看第二个弗里德曼方程，它实际上是整个宇宙的牛顿引力定律的类似物，这个负质量流体，作为一个负宇宙学常数-与常规暗能量具有相同的竞争效应，但方向相反。直接效应是排斥的-反引力的，这是使用负物质的最初动机。但是，这种效应被压力的影响所压倒，在这种情况下，压力是有吸引力的——它能使宇宙倒退。现在，法恩斯承认他的建议给出了一个负宇宙学常数，最终会减速，但也有一些矛盾，因为他还认为这是一个很好的暗能量替代品，因为它就像一个宇宙学常数。然而，一个负的宇宙学常数给了你一个完全不同的宇宙。

法恩斯博士做了几个与负lambda一致的计算。他用第一个弗里德曼方程——就是这个东西——正确地得出结论，一个宇宙常数为负的宇宙应该有一个正弦尺度因子。他解释说，这意味着宇宙的大小应该无休止地振荡。但这有点混乱。事实上，正弦解只对宇宙从零时间开始膨胀的正弦波比特有效——宇宙大爆炸——减慢到第一个峰值，然后再次崩溃。负宇宙学常数是减速和随后加速崩溃的根源。但没有真正的振荡。宇宙的尽头就在这里，它回到了零大小。把负质量插入广义相对论，就可以打破因果关系。你可以建造可穿越的虫洞，阿尔库比特曲场，时间机器。

这是负质量不可能存在的强烈迹象。但是数据呢？一个具有恒定负能量密度的宇宙是否符合观测结果？有两件事要检查。首先，它是否预测了符合最初发现暗能量的超新星观测的膨胀历史？这些超新星的结果表明，宇宙开始迅速膨胀，然后由于物质的重力（主要是暗物质）而减速。但随后，随着暗能量的涌入，减速又转了过来，导致电流加速膨胀。在负宇宙学常数和这种正弦膨胀的情况下，任何减速都会发生在转折点附近，估计未来会有数百亿年。这很难符合超新星的数据。法恩斯假设负能量密度很低，计算出了他宇宙138亿年的年龄，但这实际上相当于正弦曲线上升的第一个直线部分，这几乎是一个恒定的膨胀率。我们已经知道，一个恒定的膨胀率恰好给出了一个与标准暗能量年龄相似的年龄。但是一个恒定或接近恒定的膨胀率绝对不符合超新星的数据。第二件要检查的是宇宙微波背景。很快，大爆炸余辉中的密度波动揭示了空间平坦的宇宙。暗能量，加上它的正能量密度，加上规则物质和暗物质的能量，就需要解释这个空间平坦的宇宙。如果你用负能量物质代替暗能量和暗物质，那么宇宙就会变成负弯曲。我们称之为反干扰空间。正如法恩斯所指出的，这对弦理论家是有益的，但对观察者则不是，因为这与我们所看到的不一致。所以这篇论文有一些非常有趣的想法，但最终并不能保持一致。

杰米·法恩斯他是个天才的天体物理学家。这些星系旋转的模拟是令人着迷的。看到这样的边缘思想是很勇敢的，但也许在没有得到宇宙学家的三重检验之前不要做发布。

毕竟，在可能不是负质量、反引力、正压力时空的情况下，很容易被复合负离子混淆。

本文选自：今日头条

joy3118

天黑了，可以做梦了