科学家巨大的虚无能够产生一种神秘力量,撕裂整个宇宙
"暗能量"是空间的表面张力?
宇宙蛛网结构。 Volker Springel
宇宙在膨胀,而且在加速膨胀。新研究发现,推动宇宙加速膨胀的力量,可能来自密布在宇宙中的"空洞"。
假如我们从宏观尺度上观察宇宙,会发现宇宙如同一张3维的蜘蛛网。在这张网上星系只是一个个小点。由无数小点连接而成的纤维横贯整个可观测宇宙;在这条纤维上,还有一些聚集在一起的结点——它们是星系组成的集团。
而在纤维和结点之间,则是几乎空无一物的浩瀚虚空,是物质的荒漠。这些直径动辄数千万乃至数亿光年的虚空,就像是蛛网上的空隙。它们虽然空旷,却占了宇宙体量的很大一部分。除了蛛网本身,它们是宇宙中最大的结构组件。
早在上世纪70年代,科学家就已经发现了这些黑暗的虚空,并称之为宇宙空洞(或巨洞)。
但是人们更愿意关心明亮而实在的东西。在此过程中,人们发现宇宙中的许多星系在互相远离,而且是在加速远离。这似乎表明宇宙不但在膨胀,而且是在加速膨胀。加速膨胀意味着,宇宙这一秒的膨胀速度永远都要比上一秒快。没人知道这是为什么,科学家只知道这个势头在几十亿年前可能就已经开始了。
科学家相信在宇宙的加速膨胀背后,必然有一种力量在推动。这种力量的源头可能是一种能量,而鉴于这种能量的"黑暗"本性,也许更多是因为对这种力量的无知,科学家称这种能量为"暗能量"。
我们在宇宙的小尺度上感受不到"暗能量"的存在。在太阳系和银河系乃至星系团以下,引力占据绝对的统治地位。但在宇宙的虚空那里,"暗能量"可能是主宰。
有人认为"暗能量"是一种空间本身所固有的能量,致力于从微观的角度对其加以解释。但也有人试图从宏观的角度加以理解。
比如最近一些伊朗理论物理学家们认为,宇宙空洞如同一个个黑暗的气泡,其表面的"张力"可能是宇宙加速膨胀的原因。也就是说,"暗能量"的真相,可能隐藏在宇宙空洞变大的动力学原理背后。
早期宇宙的物质分布接近均匀,宇宙各部分的密度差异不大。但是随着时间的推移,宇宙中物质密度稍高的地方,开始有更多的物质聚集。更多的物质意味着更大的质量,更大的质量意味着更强的引力,而更强的引力又意味着能吸引更多的物质……如是反复,物质团块开始像滚雪球一样越滚越大,最终从中演化出了星系等天体。
反过来,在宇宙中物质密度较小的地方,物质会越来越少。更少的物质意味着更小的质量,更小的质量意味着更弱的引力,而更弱的引力又意味着会有更多的物质失去……于是宇宙空洞开始出现,而且会变得越来越巨大和空旷。
在伊朗研究人员的设想中,宇宙空洞是空间中的"气泡",其表面存在着某种恒定的"张力"。这种"张力"能够使周边时空变形,并导致分布在"气泡"表面的星系相互分离。随着"气泡"的变大,大尺度宇宙的纤维状结构也会越来越细,直至断裂和消失。如果这个趋势一直持续,那么整个宇宙蛛网最终都会崩溃,宇宙中的所有物质团块最终都会互相远离,失去引力联系孤立存在。
研究人员表示,计算结果显示这种假想的"张力"在整个可观测宇宙范围内所产生的效果,与理论上"暗能量"推动宇宙加速膨胀产生的效果极为接近。这让研究人员相信其合理性。
但谁也不知道这种所谓的"张力"究竟是什么,其产生的效果与宇宙加速膨胀的相似性或许也说明不了问题。不过这个研究的意义或许在于提出了另一种可能,即宇宙的加速膨胀会不会只是空间正常演化的一个副产品? 参考
Surface Tension of Cosmic Voids as a Possible Source for Dark Energy
https://arxiv.org/abs/1907.12418
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