物理学史上最糟糕的理论预测
564字
2021-02-22 21:12
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火星译客

天文学家认为,宇宙的膨胀受到引力和神秘暗能量的影响。如图所示,在艺术式的设想中,暗能量在上方,用紫色网格来表示;引力在下方,用绿色网格表示。 (图片来源:NASA / JPL-Caltech)

暗物质是一个神秘的科学概念,这个以“暗”来形容的词,引起了公众很大的关注。然而,暗物质只占了宇宙总质量的26.8%(正常物质占了极小的4.9%),相比之下,暗能量却占了宇宙总质量的68.3%。如此,在两个“暗”的概念中,暗能量就更重要了。

但是,科学们似乎不可能像研究暗物质那样去“捕获”研究暗能量粒子。这是因为,暗能量很可能只是空间本身固有的能量,它本身可能是由量子泡沫产生的, 量子泡沫是由飞进飞出的虚拟粒子组成。正如爱因斯坦Wikip edia.org/wiki/Mass_in_special_relativity#Terminology“>提醒我们的那样,这些短暂突入太空的虚拟粒子所传递的能量具有质量。

当天文学家试图测量太空中暗能量的密度时,他们得出了大约每立方米10 ^ -9焦耳的数值,这是一个微小但影响很大的数值。然而,这个被称为宇宙常数的观测值与经时间检验的预测值相去甚远。wikip edia.org/wiki/Quantum_field_theory">quantum field theory 详见广义相对论:一个物理学家的介绍

“最简单的计算涉及对自然界中所有已知场的量子力学零点能量求和。现在得出的宇宙常数比宇宙观测学所设定的上限高出约120个数量级。这可能是物理学史上最糟糕的预测!没人知道如何解决这个问题。一定存在某种物理机制,使得宇宙常数变得非常小。”

或者,是量子物理学家对场的理解、进而对整个宇宙的理解,从根本上是有缺陷的!然而,这似乎不太可能,因为大量的观察证据支持了当前的理论

因此,量子物理学家有点棘手。对理论估计值进行一些细微调整可以大大地缩小这一差距,但是我们从量子力学获得的最佳理论数据仍然比实际的暗能量高出了60个数量级。

天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森在他最近出版的《写给匆忙的人:天体物理学》Astrophysics for People in a Hurry. 一书中认为:“我们不是毫无头绪的。暗能量并不是漂泊不定的,我们有理论去了解它。暗能量栖息在一个最安全的港湾中:即爱因斯坦的广义相对论方程。”

科学家观测到的太空的能量密度非常符合 wikipe-dia.org/wiki/Lambda-CDM_model">standard model of Big Bang cosmology   宇宙大爆炸的标准模型,该模型非常好的解释了宇宙微波背景,大量的基本元素和加速的宇宙膨胀。标准模型的核心是广义相对论,它是有史以来最成功的理论之一,因此,在暗能量与量子力学的较量中,暗能量无疑占据了上风。

最初发表在RealClearScience上

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