暗能量有可能根本不存在？！

暗能量还存在吗？宇宙与我们预期的不同吗？现在，韩国延世大学的一项研究挑战了宇宙学的基础...

我们的宇宙由普通物质、暗物质和暗能量组成——自从天文学家发现宇宙在20世纪末加速膨胀以来，“暗能量”的概念已经深深扎根于人们的心中。暗能量存在的直接证据取决于对一种特殊超新星的观察和研究。但是如果这些研究的前提条件都是错误的，暗能量还存在吗？宇宙与我们预期的不同吗？现在，韩国延世大学的一项研究挑战了宇宙学的基础...

1992年4月的一天，在满月的明亮光线遮蔽了遥远星空的光线之前，加州大学伯克利分校的天体物理学家索尔·珀尔马特带领团队将一架天文望远镜对准了西班牙拉帕尔马岛的一个遥远的天空区域。三周前的新月之夜，望远镜也指向同一个区域。佩尔穆特要做的是从相隔3周的两张观察照片中“找出差异”。这一次，他们成功了——另一个像素被添加到第二张图片中。进一步的分析证实，这一点正是他们正在寻找的:Ia型超新星。

这两张照片源于1995年佩尔穆特团队的一次观察。右边箭头所指的亮点代表Ia型超新星。

标准烛光

超新星是一颗在其演化结束时剧烈爆炸的恒星。Ia型超新星对天文学家来说有一个特殊的位置。这种超新星的形成需要一个由白矮星和巨星组成的双星系统:当白矮星从巨星吸收氢时，它最终会变得不堪重负，导致内部热核聚变，释放的光会在一瞬间照亮整个宇宙。有趣的是，所有Ia型超新星的质量都一样——达到1.44个太阳质量，爆炸将如期到达。由于质量相同，这些超新星具有相同的峰值亮度。

这些特征使得Ia型超新星承担了一项至关重要的任务:为天文学家寻找宇宙的运动规律。

很容易想象这样一幅画面:一系列相同规格的蜡烛在我们面前点燃。这些蜡烛的火焰亮度相同，但是离我们越远，它们在我们眼中就显得越暗。类似地，这些Ia型超新星也有相同的规则。在天文学术语中，Ia型超新星的表观亮度(及其变化)与距离有着严格的对应关系。因此，它们成为可以用来测量距离的“标准蜡烛”。

然而，宇宙中的实际情况比这更复杂。我们的宇宙不是静止的。自从138亿年前的大爆炸以来，它一直在向外扩张。换句话说，所有其他天体都离我们很远。类似于多普勒效应，我们看到的光的波长变长了，对于远离我们的物体，波长变长了，变成了波长更长的红光。这种现象就是红移。

然而，天体是如何远离我们的？它是加速、减速还是保持不变？

Ia型超新星可以给出答案。它们的表观亮度与距离相对应，而红移代表离开我们的速度。如果我们能获得不同距离的Ia型超新星的亮度和红移数据，我们就能画出宇宙的膨胀图。

神秘的驱动力

佩尔穆特团队希望通过这种关系来阐明宇宙是如何减缓膨胀的。是的，当时的科学界认为引力的存在使天体相互吸引，所以宇宙的膨胀速度正在减慢。

然而，符合条件的Ia型超新星很难观测到。为了避免局部异质性的影响，他们寻找的超新星距离地球超过哈勃体积半径的1/3。因此，他们在文章的开头提出了比较观察的方法。

在这种观测方法的可行性得到验证后，研究小组获得了使用包括哈勃在内的几台强大望远镜的权利。到1997年，他们已经观测到了42颗超新星。

然而，随着距离红移图上数据点的增加，研究小组得出了一个意想不到的结论:宇宙并没有减缓它的膨胀；相反，宇宙的边缘正在加速远离我们。

1998年初，佩尔穆特团队发表了他们的结论。几乎与此同时，由他们的对手布莱恩·施密特和亚当·里斯领导的团队也得出同样的结论。就这样，两个团队的结论相互对立，终结了属于物理学的20世纪:我们的宇宙正在加速膨胀。

根据目前的理解，宇宙在早期减速和膨胀，大约在50亿年前开始加速。

重力试图吸引天体，但宇宙正在加速膨胀。这表明一定有某种未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管没有人确定这种力是什么，天文学家仍然定义了一个合适的名称:暗能量。

现在，这一结论已经成为主流科学界的共识，上述三位物理学家共同获得了2011年诺贝尔物理学奖。暗能量、普通物质和暗物质共同构成了我们的宇宙，其中暗能量约占宇宙总质量的70%。

至于什么是暗能量，目前有不同的看法。一种更为主流的理论认为，导致宇宙加速膨胀的“暗能量”来自真空能量。根据量子力学理论，真空中有大量的虚拟粒子对。在它们同时生成之后，它们会在瞬间相互湮灭。由此产生的真空可以排斥重力，将空间向外推。

此后，其他研究也从不同角度发现了暗能量存在的间接证据(如宇宙微波背景辐射和重子声振荡)，但这些证据是有缺陷的。直到现在，支持暗能量理论的最强有力的证据仍然是宇宙的加速膨胀。

亮度和年龄

但是在2020年的第一周，暗能量建筑的基础被动摇了。这个勇敢的结论来自韩国延世大学领导的一个研究小组。

你还记得为什么Ia型超新星可以用作“标准烛光”来测量距离吗？因为Ia型超新星的亮度和距离是严格对应的。这个结论是基于几十年来观察到的经验关系。

然而，以前的研究忽略了一些因素吗？在这篇最新的论文中，研究小组对Ia型超新星进行了大规模的“巡逻检查”。

利用智利的2.5米拉斯坎帕纳望远镜和亚利桑那州的6.5米多镜望远镜，研究小组对大约60个星系进行了为期9年的高质量光谱观测，信噪比为175:1。观察对象的选择也相当讲究。这项研究涵盖了绝大多数邻近早期宿主星系中的超新星——这些早期星系可以被精确地定年。然而，大量观察到的数据给研究者提供了发现以前错过的规则的机会。

最后，在即将发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中，这些科学家发表了令人惊讶的结论:这些超新星的绝对亮度与恒星群的年龄有关，并且两者之间存在显著的相关性(年轻的超新星亮度较低)。结论的置信度达到99.5%。

如果这个结论被随后的研究证实，天体物理学革命势在必行。最直接的影响是，如果Ia型超新星继续被用作“标准蜡烛”，研究人员需要根据超新星所在恒星群的年龄来修正观测结果。

更重要的问题是，我们应该如何处理之前从Ia型超新星得出的结论，比如宇宙的加速膨胀？显然，科学家需要重新检查这些结果。

暗能量不存在吗？

让我们回顾一下佩尔穆特的研究。Ia型超新星的红移已经确定，它看起来比预期的要暗。之前对这一现象的解释是，暗能量的存在推动宇宙膨胀得更快，所以超新星比预期的要远。

但是现在，最新的研究提出了全新的可能性。当我们考虑超新星亮度的演化时，先前预测的宇宙运动状态需要重写。也许宇宙仍在加速膨胀，但暗能量的比例需要重新计算。或者，更大胆地说，宇宙没有加速膨胀，暗能量根本不存在——所有这一切都是由于不同恒星群的年龄不同。

在最近的研究中，作者也验证了这种可能性:如果暗能量真的不存在，那么类似的亮度-红移曲线可以通过恒星亮度随年龄的演变来模拟。

根据恒星亮度随年龄的演变(图中红色曲线)，也可以模拟类似的曲线。

领导最新研究的李永旭教授在一次采访中引用了卡尔·萨根的名言:“萨根说，‘非常的结论需要非常的证据’，但是我不确定对于暗能量是否存在非常的证据。我们的结果表明，从超新星宇宙学推断出的暗能量可能只是基于错误前提的幻觉。”

然而，这个结论仍然需要更多的后续研究来验证。此外，别忘了，除了来自超新星的证据，还有其他暗能量的间接证据，比如前面提到的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射告诉我们，普通物质和暗物质不足以填满宇宙的总能量，而空出来的部分属于神秘的暗能量。虽然最近的研究提供了不同的解释，更多的后续研究也是不可或缺的。

最终，这些新思想将通过考验，改写我们对宇宙构成和运动的理解。还是就像物理学史上许多“轰动一时的宣言”一样，很快就被遗忘了？我相信答案很快就会清楚。

原始纸张:

Ia型超新星的早期宿主星系。二。超新星宇宙学中光度演化的证据

https://arxiv.org/pdf/1912.04903.pdf

参考链接:

https://phys . org/news/2020-0evidence-key-假设-discovery-dark.html

http://www . nobel prize . org/prices/physics/2011/per lmutter/biological/

http://www . nobel prize . org/uploads/2018/06/popular-physicsprize 2011 . pdf

https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9505023.pdf

原始标题:宇宙地震！暗能量根本不存在？