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浏览:108 发布日期:2020-04-14
原标题:新宇宙学模型认为 宇宙膨大与暴胀源自同栽机制

近日,中国科学院上海光学详细死板钻研所中科院量子光学重点实验室挑出了一栽新的宇宙学模型,该模型把驱行宇宙现今添速膨大的物理机制和宇宙早期暴胀的物理机制联相符描述为联相符个标量场,并用空间弯率为正的封闭空间注释了普朗克卫星在2018年报道的天文不悦目测效果。有关钻研收获发外于最新一期《物理评论D》上。

早在上世纪80年代末,诺贝尔物理学奖得主温伯格(Weinberger)就曾指出宇宙学常数题目是物理学面临的最大危险。一方面是由于,量子场论外明的所谓真空,即量子场的能量最矮态的能量密度因零点能的存在而专门之大甚至趋于无穷大;另一方面天文不悦目测外明,基于广义相对论的宇宙模型无物质的真空的能量密度(在广义相对论中叫宇宙学常数)专门幼,也许就是零。

到了上世纪90年代末,宇宙学常数题目发生了更添令人嫌疑的戏剧性转折。自1998年首,天文学和物理学界已确认澳门百家乐,宇宙的膨大已经从昔时的减速膨大进入当今的添速膨大阶段。科学家把这个同万有引力相逆的驱行力归结于一个专门幼的真空能量密度澳门百家乐,也就是一个非零的宇宙学常数澳门百家乐,并称之为黑能量。但黑能量到底是什么,不息得不到物理注释。因此,黑能量的物理注释成为宇宙学和粒子物理学面临的最大挑衅。换句话说,宇宙学常数造成的几何引力论和量子场论的概念冲突,已经成为基础物理学中的最大题目。

包括诺奖得主詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)在内,很众科学家行使一个具有负压特性的标量场来注释黑能量,它往往被称为“精质”(quintessence)以不同于清淡物质和电磁场。但是,同物质无耦相符的精质模型无法规避温伯格的“no-go”定理。之后,人们又挑出了耦相符于物质的所谓变色龙黑能量模型。专门遗憾,在挑出变色龙机制数年后,其挑出者又表清新变色龙“no-go”定理,并推论说变色龙模型不及解决宇宙的添速膨大题目,即不及解决宇宙学常数题目。

钻研人员挑出了标量场和物质的作用势的对称性破缺模型,该模型指出了变色龙“no-go”定理推论的舛讹,同时也规避了温伯格的“no-go”定理。变色龙“no-go”定理的挑出者,以及后续的实验物理学家认为,要注释宇宙的添速膨大必要长程力。

该项钻研则指出,是标量场的负压强而非其梯度力驱行宇宙的添速膨大,以是倚赖长程作用力驱行宇宙添速膨大的不悦目念是不正确的,并表明不论是现今的宇宙添速膨大和宇宙暴胀都可用一个标量场描述。由于标量场受到对称性破缺的相互作用,以是标量场的自作用势在有效势的极幼值点的取值就扮演了宇宙学常数的角色。

此外,钻研人员还行使2018年普朗克卫星不悦目测数据中关于宇宙暴胀势的凹形特征得出吾们的宇宙是封闭的结论。在已足宇宙学参数的管束下,得到了物质诱导标量场所产生的第五栽力。第五栽力的大幼和作用周围都是与环境的物质密度亲昵有关的。

以当下的宇宙物质密度为例,这个作用强度比万有引力大30众个量级,而作用力程在微米量级。由于力程甚短,以是很难在现有的天文不悦目测和实验方案中不悦目测到,从而拘谨到太阳系的不悦目测和广义相对论同等的效果。但由于其强度远广大于万有引力,只要科研人员奥妙设计实验就有能够探测第五栽力。

(责编:杨虞波罗、吕骞)

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