反引力是暗能量的替代品

康曼

當(dāng)科學(xué)家在1998年發(fā)現(xiàn)宇宙正以加速中的速率膨脹時(shí)，暗能量能解釋這種觀測(cè)結(jié)果的可能性引發(fā)了關(guān)注。但在理解暗能量實(shí)際上是什么時(shí)，卻沒有多大進(jìn)展，因此對(duì)某些科學(xué)家來說，這個(gè)想法反到成了一種問題而非解答。意大利INAF的物理學(xué)家馬薩莫·瓦萊塔表示，這個(gè)概念對(duì)標(biāo)準(zhǔn)宇宙論而言是一種特例元素，并且缺乏任何物理意義。瓦萊塔是尋求宇宙加速擴(kuò)張新解釋的眾多科學(xué)家之一，那涉及反引力的某些形態(tài)。

“宇宙空洞在觀測(cè)上眾所周知，而且在我們宇宙的組成中構(gòu)成了最龐大的結(jié)構(gòu)，”瓦萊塔表示：“但問題在于，它們是否真是空的？還是包含了具有反引力性質(zhì)的反物質(zhì)？”瓦萊塔指出，反物質(zhì)可能藏匿在這些廣大的空洞中，因相互排斥而與物質(zhì)分開。如同他先前的解釋，物質(zhì)與反物質(zhì)問的斥力是廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)之一。在這種情況下，物質(zhì)具有正重荷，而反物質(zhì)則有假想的負(fù)重荷。結(jié)果，物質(zhì)與反物質(zhì)在重力上都是自我吸引而非排斥。事實(shí)上，物質(zhì)與反物質(zhì)之間的斥力可能相當(dāng)強(qiáng)大，瓦萊塔算出，那可能是宇宙加速膨脹的原因，且排除暗能量與可能的暗物質(zhì)的需求。

這種形態(tài)的反引力甚至在理論上都能解釋某些連暗能量也無法解釋的觀測(cè)。最近，科學(xué)家觀測(cè)到一種異常的“局部層”，是包括銀河系及其他附近星系的宇宙部分。這一局部層的速度和宇宙其他部分明顯不同。天文學(xué)家已確認(rèn)三種造就局部層速度的分量：一是由于眾所周知的、來自鄰近稠密的處女座星系團(tuán)的吸力；第二種分量被認(rèn)為是由于半人馬座星系團(tuán)的吸引力；而第三種分量則是所謂的局部速度異常。

瓦萊塔說，第三種和前兩種吸引力明顯不同，很可能是反引力。據(jù)他推測(cè)，在某個(gè)巨洞中存在一種合理的反物質(zhì)，由于互斥的萬有引力作用，造成了局部速度異常。

在這種方式下，反物質(zhì)的表現(xiàn)就像我們周圍的暗能量。在宏觀尺度上，眾多反物質(zhì)空洞能驅(qū)使宇宙的擴(kuò)張而不需要暗能量，甚至可能也不需要大爆炸（這意味著循環(huán)的宇宙）。這一新理論還暗示了，我們的宇宙具有等量的物質(zhì)和反物質(zhì)，正像標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型所預(yù)期的那樣。對(duì)瓦萊塔而言，這些結(jié)果使得反引力成為誘人的暗能量替代品。

“暗能量被認(rèn)為均勻地彌漫，故它能在形式上，而非物理上解釋整體的加速。”瓦萊塔表示，“但它既不能解釋局部層上的強(qiáng)烈排斥效應(yīng)，也不能解釋局部空洞的極端虛無，以及我們外星系鄰近地區(qū)的數(shù)種其他特性。而提出在局部巨洞中存在反物質(zhì)的暗斥力，解釋了所有這些情況。并且從整體上講，隱藏在全部宇宙巨洞中的反物質(zhì)，也解釋了整個(gè)宇宙的加速膨脹以及其他宇宙特征，不需要暗能量，也不需要各種離奇的大爆炸之初。”

瓦萊塔希望這些想法能夠經(jīng)由實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，雖然這樣的檢驗(yàn)會(huì)很困難。

瓦萊塔說：“原則上，如果我們有一套良好的、位于空洞之后的3D星系星團(tuán)測(cè)繪，那么要分析在視線周圍的它們是否受到擠壓則會(huì)相對(duì)容易。這樣的擠壓意味著它們與介于中間的空洞里，擁有大量的反物質(zhì)。”這里還有另一種并發(fā)的效應(yīng)，即徑向上強(qiáng)烈扭曲星系的分布，從而影響了紅位移的測(cè)量。所以那非常難以區(qū)別：一個(gè)因?yàn)檫@種效應(yīng)而被嚴(yán)重伸展的星系團(tuán)是否會(huì)更進(jìn)一步被反重力透鏡所稀釋。

在過去幾年間，CERN的物理學(xué)家德拉根·哈杜科維克一直在研究他認(rèn)為宇宙中被廣泛忽視的部分：量子真空。他提出，量子真空中有一種萬有引力荷，來源于虛粒子和虛反粒子之間的引力互斥。之前，他在理論上證明，這種反引力能解釋數(shù)種觀測(cè)，包括通常歸因于暗物質(zhì)的那些效應(yīng)。此外，這一理論還暗示我們生活在一個(gè)無須大爆炸的循環(huán)宇宙中，并幫助人們進(jìn)一步了解黑洞的性質(zhì)，判斷中微子物質(zhì)。他的最新論文證明，量子真空能解釋宇宙加速中的膨脹，而不需要暗能量。

“60余年前，量子真空就已在理論上被預(yù)測(cè)出來，”德拉根表示，“今日，這里有顯著的實(shí)驗(yàn)性證據(jù)指出，量子真空確實(shí)存在。我已決定要把一件事實(shí)（量子真空）與一項(xiàng)假說（反粒子的負(fù)重荷）結(jié)合起來，并研究結(jié)果……結(jié)果令人驚訝；在增添了‘物質(zhì)與反物質(zhì)問之重力反斥的量子真空框架下，有解釋（宇宙加速膨脹）的可能性。”