為物理學中最糟糕的預測提供解決方案

c阿爾伯特·愛因斯坦在他的廣義相對論中一個世紀前提出的宇宙學常數(shù)，是物理學家一方的荊棘。該參數(shù)的理論預測與基于天文觀測的測量之間的差異大約為10 121。毫不奇怪，這個估計被認為是整個物理學史上最糟糕的。在一篇將發(fā)表在物理快報B上的文章中來自瑞士日內(nèi)瓦大學(UNIGE)的研究人員提出了一種似乎可以解決這種不一致的方法。本文的最初想法是接受另一個常數(shù) - 牛頓萬有引力G，它也構(gòu)成廣義相對論方程的一部分 - 可能會有所不同。為了產(chǎn)生可以通過實驗確認(或駁斥)的預測，仍然需要尋求科學界積極接受的這一潛在重大突破。

“我的工作包括對廣義相對論方程的新數(shù)學處理，最終使得有可能在宇宙學常數(shù)上協(xié)調(diào)理論和觀察，”UNIGE科學學院理論物理系助理教授Lucas Lombriser說道。這篇文章的作者。

一個世紀以前，愛因斯坦將宇宙常數(shù)Λ(lambda)引入廣義相對論方程中。著名的物理學家需要不變的，以確保他的理論與他認為是靜止的宇宙相容。然而，在1929年，另一位物理學家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)星系都在相互遠離，這表明宇宙正在擴張。在學習這一點時，愛因斯坦認為他已經(jīng)引入了宇宙常數(shù)，這在他的眼中已經(jīng)變得無用，甚至將其描述為“我生命中最大的錯誤”。

1998年，對遙遠超新星的精確分析證明，宇宙的膨脹遠非恒定，實際上正在加速，好像一股神秘的力量正在越來越迅速地膨脹宇宙。然后再次呼吁宇宙學常數(shù)，以描述物理學家所謂的“真空能量” - 一種性質(zhì)未知的能量(我們談論暗能量，精華等)，但這是宇宙加速膨脹的原因。 。

最精確的超新星觀測，特別是宇宙微波背景(來自天空各部分的微波輻射，被認為是宇宙大爆炸遺留下來的)，使得測量實驗值成為可能。宇宙常數(shù)。結(jié)果是一個非常小的數(shù)字(1.11×10 -52 m -2)，然而它足夠大以產(chǎn)生所需的加速膨脹效果。

問題是宇宙常數(shù)的理論值是非常不同的。這個值是使用量子場理論獲得的：這可以確保在很小的范圍內(nèi)成對的粒子幾乎瞬間在空間的每個點和任何時刻被創(chuàng)造和破壞。這種“真空波動”的能量 - 一種非常真實的現(xiàn)象 - 被解釋為對宇宙常數(shù)的貢獻。但是當計算其值時，獲得了巨大的數(shù)字(3.83×10 + 69 m -2)，這與實驗值很大程度上不相容。這一估計代表了科學理論與實驗之間有史以來最大的差距(10 121)。

宇宙學常數(shù)的這個問題是當前理論物理學中“最熱門”的學科之一，它正在動員世界各地的眾多研究人員。每個人都在關(guān)注各方的廣義相對論方程式，試圖找出解決問題的想法。盡管已經(jīng)提出了幾種策略，但對于時間尚未達成普遍共識。

就他而言，Lombriser教授最初的想法是引入一個變異引入萬有引力方程中的萬有引力G(Newton's)。這意味著我們生活的宇宙(G為6.674 08×10 -11 m 3 / kg s 2)成為無數(shù)不同理論可能性中的一個特例。

經(jīng)過無數(shù)的發(fā)展和假設，Lombriser教授的數(shù)學方法意味著可以計算參數(shù)ΩΛ(ωλ)，這是表達宇宙常數(shù)的另一種方式，但更容易操作。此參數(shù)還指定由暗能量組成的宇宙的當前分數(shù)(其余部分由物質(zhì)組成)?？偛课挥谌諆?nèi)瓦的物理學家獲得的理論值為0.704或70.4%。這個數(shù)字與迄今為止獲得的最佳實驗估計值0.685或68.5%非常一致，表明這是對10 121差異的巨大改進。

現(xiàn)在需要進行進一步的分析，以驗證Lombriser提出的新框架是否可以用來重新解釋或澄清宇宙學的其他奧秘。物理學家已經(jīng)被邀請在科學會議上介紹和解釋他的方法，這反映了社區(qū)的興趣。