是真還是假?科學家放言:一個新粒子將會改變宇宙的命運

一位理論科學家家提出:一種全新的粒子已經出現,並正在改變我們整個宇宙的未來命運!這個故事要從宇宙的膨脹說起-----

宇宙的膨脹

眾所周知,自從我們的宇宙從一個有著無限密度和重力的小點爆炸中誕生以來,它就一直在膨脹,而且不是以一個穩定的速度成長,科學家觀測到宇宙的膨脹越來越快。但它擴張的速度有多快一直是一個科學界爭論不休的難題。

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實際上,到目前為止各個科學家們測出的宇宙膨脹速度根本無法達成一致。從附近星體來源測量的膨脹率似乎與從遠處星體來源測量的膨脹率數值相差過多。科學家猜測,宇宙中必然發生了一些奇怪的事情,改變了膨脹率,也就是哈勃常數。

測量哈勃常數

天文學家設計了各種各樣的方法來測量他們所謂的“哈勃常數”,其中不乏一些拍手稱快的測量方法,例如最直接的辦法:觀測超新星,間接的辦法:宇宙微波背景。

超新星測量

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是的,部分科學家提出測量今天膨脹率的一種方法是直接觀察附近的超新星,即宇宙中最亮的一類恆星死亡時釋放出的氣體和塵埃的爆炸。有一種超新星的亮度非常特別,所以我們可以比較它們看起來有多亮,然後和它們標準的亮度進行比較,隨機計算距離。然後,通過觀察超新星的主星系發出的光,天體物理學家也可以計算出它們離我們有多遠。把所有的數據整合在一起,我們就能計算出宇宙的膨脹率。

宇宙微波背景

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但是宇宙中還有比爆炸的恆星更多的東西。比如一種被稱為宇宙微波背景的東西,它是大爆炸後留下的光,當時我們的宇宙還只是一個“嬰兒”,只有38萬年。通過像普朗克衛星的觀測數據來繪製這些殘餘輻射的地圖,科學家們得到了關於這一背景的精確地圖,它可以用來非常精確地描繪宇宙的內容。我們可以利用這些成分,用計算機模型來計算未來的時間,從而得出今天的膨脹率應該是多少,當然前提是假設宇宙的基本成分從那時起就沒有改變過。

科學家利用這兩種目前最接近真相的辦法測量哈勃常數,但是得出的數據仍然相差甚遠,科學家擔心其中遺漏了關鍵數據。當然也許,一個或兩個測量是並不能完整地驗證出正確的答案。但是如果我們假設這兩種測量都是準確的,那麼我們就需要其他的東西來解釋不同的測量。由於一種測量方法來自非常早期的宇宙,另一種測量方法來自比較近期的宇宙,所以我們的想法是,也許宇宙中的某些新成分正在以一種我們在模型中還沒有捕捉到的方式改變著宇宙的膨脹率,它就是暗能量。

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科學家表示現在主導宇宙膨脹的是一種神秘的物質,我們稱之為暗能量。但是我們完全不瞭解這種物質。也從未觀測到它的存在,我們所知道的是,今天宇宙的膨脹速度正在加速,我們把驅動這種加速的力量稱為“暗能量”。並且科學家懷疑在宇宙膨脹的過程中,暗能量並不是恆定的,它也在逐漸改變。科學家們猜測懷疑暗能量與被鎖在時空真空中的能量有關,這種能量來自於宇宙中所有的“量子場”。

在現代量子物理學中,每一種粒子都與它自己的特定場有關。這些場對所有的時空產生了巨大的衝擊,有時場的一些部分在某些地方變得非常飛躍,最終變成我們所熟知的粒子,比如電子、夸克和中微子。所以所有的電子都屬於電子場,所有的中微子都屬於中微子場,等等。這些場的相互作用構成了我們理解量子世界的基礎。

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無論你去宇宙的什麼地方,你都無法逃離量子場。它們會一直在那裡,循環著擺動和振動的動作,做著它們正常的量子運動。那麼問題來了,既然量子場無處不在,那麼暗能量又是主要宇宙膨脹的關鍵物質,那麼這兩者必然有著某種關係。但是我們很難通過時空真空能量(即由量子場產生的能量)來理解暗能量,因為我們不瞭解暗能量。但是,如果這些膨脹率的測量是準確的,暗能量確實在變化,那麼這可能會給我們一些關於量子場本質的線索。具體來說,如果暗能量在變化,那就意味著量子場本身也在變化。

新的粒子出現

根據這些前提,來自帕多瓦大學(University of Padova)的理論物理學家馬西莫•塞爾多尼奧發表了一篇論文,計算了暗能量變化所需的量子場變化量,並表示如果有一個新的量子場對應著暗能量的變化,那就意味著宇宙中有一個新的粒子。

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塞多尼奧計算出的暗能量的變化量需要一定的粒子質量,它的質量和已經被預測的一種新粒子的質量大致相同,那就是所謂的軸子。這個粒子可能出現在非常早期的宇宙中,但一直“潛伏”在宇宙微波背景中,而其他力量和粒子控制著宇宙的方向,現在它出現了。

即便如此,我們從未探測到軸離子,但如果這些計算是正確的,那就意味著軸離子就在那裡,並且充滿了宇宙和它的量子場。同理,這個假想的軸子也可以改變宇宙中暗能量的數量。所以,儘管我們從未在實驗室裡見過這種粒子,但它已經在改變我們宇宙的最大規模。不過,這種假想的粒子一旦被推翻,那麼一切的理論高牆都會隨之坍塌!

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