為物理學(xué)中最糟糕的預(yù)測(cè)提供解決方案

c阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在他的廣義相對(duì)論中一個(gè)世紀(jì)前提出的宇宙學(xué)常數(shù)，是物理學(xué)家一方的荊棘。該參數(shù)的理論預(yù)測(cè)與基于天文觀測(cè)的測(cè)量之間的差異大約為10 121。毫不奇怪，這個(gè)估計(jì)被認(rèn)為是整個(gè)物理學(xué)史上最糟糕的。在一篇將發(fā)表在物理快報(bào)B上的文章中來(lái)自瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)(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(gè)常數(shù) - 牛頓萬(wàn)有引力G，它也構(gòu)成廣義相對(duì)論方程的一部分 - 可能會(huì)有所不同。為了產(chǎn)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)(或駁斥)的預(yù)測(cè)，仍然需要尋求科學(xué)界積極接受的這一潛在重大突破。

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

一個(gè)世紀(jì)以前，愛(ài)因斯坦將宇宙常數(shù)Λ(lambda)引入廣義相對(duì)論方程中。著名的物理學(xué)家需要不變的，以確保他的理論與他認(rèn)為是靜止的宇宙相容。然而，在1929年，另一位物理學(xué)家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)星系都在相互遠(yuǎn)離，這表明宇宙正在擴(kuò)張。在學(xué)習(xí)這一點(diǎn)時(shí)，愛(ài)因斯坦認(rèn)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(wú)用，甚至將其描述為“我生命中最大的錯(cuò)誤”。

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

最精確的超新星觀測(cè)，特別是宇宙微波背景(來(lái)自天空各部分的微波輻射，被認(rèn)為是宇宙大爆炸遺留下來(lái)的)，使得測(cè)量實(shí)驗(yàn)值成為可能。宇宙常數(shù)。結(jié)果是一個(gè)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(wèn)題是宇宙常數(shù)的理論值是非常不同的。這個(gè)值是使用量子場(chǎng)理論獲得的：這可以確保在很小的范圍內(nèi)成對(duì)的粒子幾乎瞬間在空間的每個(gè)點(diǎn)和任何時(shí)刻被創(chuàng)造和破壞。這種“真空波動(dòng)”的能量 - 一種非常真實(shí)的現(xiàn)象 - 被解釋為對(duì)宇宙常數(shù)的貢獻(xiàn)。但是當(dāng)計(jì)算其值時(shí)，獲得了巨大的數(shù)字(3.83×10 + 69 m -2)，這與實(shí)驗(yàn)值很大程度上不相容。這一估計(jì)代表了科學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)之間有史以來(lái)最大的差距(10 121)。

宇宙學(xué)常數(shù)的這個(gè)問(wèn)題是當(dāng)前理論物理學(xué)中“最熱門(mén)”的學(xué)科之一，它正在動(dòng)員世界各地的眾多研究人員。每個(gè)人都在關(guān)注各方的廣義相對(duì)論方程式，試圖找出解決問(wèn)題的想法。盡管已經(jīng)提出了幾種策略，但對(duì)于時(shí)間尚未達(dá)成普遍共識(shí)。

就他而言，Lombriser教授最初的想法是引入一個(gè)變異引入萬(wàn)有引力方程中的萬(wàn)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(wú)數(shù)不同理論可能性中的一個(gè)特例。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)的發(fā)展和假設(shè)，Lombriser教授的數(shù)學(xué)方法意味著可以計(jì)算參數(shù)ΩΛ(ωλ)，這是表達(dá)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(dāng)前分?jǐn)?shù)(其余部分由物質(zhì)組成)。總部位于日內(nèi)瓦的物理學(xué)家獲得的理論值為0.704或70.4%。這個(gè)數(shù)字與迄今為止獲得的最佳實(shí)驗(yàn)估計(jì)值0.685或68.5%非常一致，表明這是對(duì)10 121差異的巨大改進(jìn)。

現(xiàn)在需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以驗(yàn)證Lombriser提出的新框架是否可以用來(lái)重新解釋或澄清宇宙學(xué)的其他奧秘。物理學(xué)家已經(jīng)被邀請(qǐng)?jiān)诳茖W(xué)會(huì)議上介紹和解釋他的方法，這反映了社區(qū)的興趣。