爱因斯坦的广义相对论也许不是唯一解释

发布: | 发布时间:2019-08-8,星期四 | 阅读:406

黛博拉·博伊德

爱因斯坦的广义相对论被一次次证明。科学家普遍认为这一理论为了解宇宙奠定了坚实基础。不过,广义相对论可能并非解释引力工作机制和星系如何形成的唯一模型。新研究显示所谓的“变色龙理论”或许可以替代广义相对论,解释宇宙中各种结构的形成。这里的“变色龙”是指引力会随环境变化改变行为

电脑模拟的星系

在借助超级计算机对星系进行模拟后,英国杜伦大学的物理学家发现爱因斯坦的广义相对论可能并不是解释引力工作机制或者星系如何形成的唯一途径。所谓的“变色龙理论”或许也能做到这一点。研究人员指出变色龙理论可以替代广义相对论,解释宇宙中各种结构的形成。研究论文刊登在《自然·天文学》杂志上。

自1900年代初以来,爱因斯坦的广义相对论便主导宇宙学家的理论和计算。宇宙学家将我们的宇宙作为一个整体,来解释宇宙的运转机制。广义相对论被一次次验证,最近一次是借助第一幅黑洞直接照片

科学家借助事件视界望远镜拍摄的黑洞首照。这个黑洞潜伏在M87星系中央,质量是太阳的65亿倍。由于巨大的引力,M87星系周围的光线发生扭曲,形成明亮的环。这幅备受期待的照片提供了最为强有力的证据,证明超大质量黑洞的存在。此外,它也打开了黑洞、事件视界及黑洞引力研究的一个新窗口

杜伦大学的物理学家指出爱因斯坦的广义相对论可能并不是解释引力工作机制或者星系如何形成的唯一方式。他们提出了f(R)引力模型——也被称之为变色龙理论——这个理论研究非常成功。用他们的话说,引力会随着环境的变化改变行为,因此称之为“变色龙”。他们认为变色龙理论能够替代广义相对论,解释宇宙中各种结构的形成。此外,这一理论也能帮助科学家进一步了解暗能量。暗能量是一种神秘能量,据信能导致宇宙加速膨胀

物理学巨匠爱因斯坦,1915年提出广义相对论,1919年得到证实

杜伦大学计算宇宙学研究所的克里斯蒂安·阿诺德、马特·利奥和李葆玖(Baojiu Li,音译)参与了这项研究。7月8日,他们公布了超级计算机的星系模拟图像。此次模拟借助杜伦大学的DiRAC数据中心系统,证明即使按照不同的引力定律,宇宙仍可以形成与银河系类似的星系。早期研究表明利用变色龙理论进行的理论计算能够成功地在太阳系这个相对较小的尺度复制广义相对论

杜伦大学的研究小组证明变色龙理论允许科学家对银河系这样的大规摸结构进行仿真模拟。研究论文合著者阿诺德指出:“变色龙理论允许我们修改引力定律,进而检验引力变化对星系形成的影响。通过模拟,我们第一次证明即使改变引力,也无法阻止带旋臂的盘状星系的形成。我们的研究结果并不意味着广义相对论是错误的,但确实表明广义相对论并非解释引力在宇宙演化过程中所扮角色的唯一途径。”

电脑模拟的星系

研究过程中,阿诺德等人将目光投向变色龙理论中的引力与星系中央超大质量黑洞之间的交互作用。黑洞在星系形成过程中扮演重要角色,因为它们在吞噬周围物质时喷射的热量和物质会烧掉形成恒星所需的气体,进而阻止恒星的形成。黑洞喷射的热量因引力的变化发生改变,进而对星系的形成产生影响。但根据研究小组的模拟,即使将变色龙理论中的引力变化考虑在内,星系仍能形成。

这些物理学家指出他们的研究有助于了解宇宙的加速膨胀。科学家认为宇宙膨胀的动力来自于暗能量。杜伦大学的研究人员指出他们的研究结果可能只是朝着解释暗能量特性迈出的一小步。

1919年,巴西索布拉尔的日全食。这场日全食验证了爱因斯坦的广义相对论,同时改变了人类对宇宙的认知

研究论文合著者李葆玖指出:“在广义相对论中,科学家通过引入神秘莫测的暗能量来解释宇宙的加速膨胀。暗能量可能是宇宙学常数的最简单形式。暗能量的密度是一个时空常数。但由于对暗能量知之甚少,其它通过修改引力定律来解释宇宙加速膨胀的宇宙学常数也得到广泛认可。”

与爱因斯坦一样,杜伦大学的研究人员也都是理论物理学家。1919年日全食期间,科学家第一次验证爱因斯坦的广义相对论,爱因斯坦也因此名声大噪。广义相对论已是现代宇宙学的基础。研究人员希望测试变色龙理论,通过实际观测证明这一理论。不久后,天文学家便会开展这项工作。如果能证明变色龙理论,这对他们来说无疑是一件超级兴奋的事情。

翻译:牛树军


来源:漫步宇宙
anyShare分享到:


 

版权声明

文章编辑: ( 点击名字查看他发布的更多文章 )
文章标题:爱因斯坦的广义相对论也许不是唯一解释
文章链接:http://ccdigs.info/108669.html

分类: 多向思维, 新闻视线, 科技新闻.
标签: , ,

发表评论