近30年来,暗能量一直是解释宇宙加速膨胀的主流拼图。1990年代,天文学家发现远方超新星的退行速度比预期更快,这意味着空间本身在向外推开。为了给这个现象一个物理来源,人们重新捡起爱因斯坦1915年方程中的“宇宙学常数”——一个曾被爱因斯坦本人称为“最大错误”的反引力项,把它与某种充满空间的暗能量划上等号。此后,以冷暗物质和宇宙学常数为基础的Lambda-CDM模型,成为大爆炸宇宙学的标准框架。
但反对的声音从未消失。一份近日发表于《皇家学会会刊A》的数学研究,直接对这个模型的稳定性提出挑战。加州大学戴维斯分校的数学家们发现,描述均匀膨胀宇宙的弗里德曼时空,在爱因斯坦-欧拉方程下表现出内在的不稳定性,尤其是在接近大爆炸的时刻,无论小尺度还是大尺度,这种不稳定性都显著存在。换句话说,标准模型所依赖的那组数学解,很可能根本不会在自然界中持续存在。
研究通讯作者、戴维斯分校数学系荣休杰出教授布莱克·坦普尔用一个形象比喻来说明问题:“一支铅笔笔尖朝下立住时,所有力都达到平衡,因此它是方程的一个‘解’。但它是不稳定的,任何一丝微风都会让它倒下。”坦普尔指出,在物理和科学中,不稳定的解被视为非物理的,你永远无法在自然中观测到它们。既然所有弗里德曼时空都对加速膨胀表现出不稳定,这就指向一种可能——我们对宇宙加速的解释,并不需要一个额外的暗能量。
坦普尔团队的计算表明,这种不稳定性本身,就足以驱动宇宙的加速膨胀,而且整个过程完全可以留在爱因斯坦原有的引力理论内,不需要额外引入任何未知的场。他们的工作等于在说:也许不是暗能量在推,而是标准模型的数学根基本身就站不稳。当问题的出发点——一个均匀膨胀的弗里德曼宇宙——在数学上不稳定时,如今用来拟合观测数据的暗能量,或许只是对这种不稳定性的一个补偿性修补。
从1915年爱因斯坦加入宇宙学常数以求静态宇宙,到1929年哈勃发现宇宙膨胀后摒弃它,再到1990年代将它与暗能量重新捆绑,宇宙学常数百年来几度翻身又几度被质疑。现在,来自方程内部的不稳定性,可能提供了另一条路。当然,这只是数学层面的论证,离推翻数十年的观测拟合还有距离,但至少它提醒人们:哪怕是最被广泛接受的模型,其数学根基也值得不断重验。
热门跟贴