牛津大学的科学家们或许已经解决了现代物理学中最大的问题之一，他们发表了一篇新论文，将暗物质和暗能量统一为一种现象：一种具有“负质量”的流体。如果你推一个负质量，它会向你加速。这个惊人的新理论也可能证明爱因斯坦100年前的预言是正确的。目前被广泛认可的宇宙模型，即LambdaCDM，并没有告诉我们暗物质和暗能量在物理上是什么样子的。我们之所以知道它们，是因为它们对其他可见物质的引力作用。这个新模型由牛津大学工程科学系电子研究中心的杰米·法恩斯博士于2018年12月5日发表在《天文学和天体物理学》上的论文提供了一种新解释。
博科园-科学科普：法恩斯博士表示暗物质和暗能量都可以被统一成一种流体，这种流体具有一种‘负引力’，排斥它们周围的所有其他物质。虽然这个物质是我们所特有的，但它表明我们的宇宙在正负两方面都是对称的。负物质的存在以前被排除在外，因为人们认为，随着宇宙的膨胀，这种物质的密度会降低，这与我们观察到的暗能量不会随着时间的推移而变薄正好相反。然而，法恩斯博士的研究应用了一个“创造张量”，它允许负质量不断被创造。这表明，当越来越多的负质量不断涌现时，这种负质量流体在宇宙膨胀过程中不会被稀释。事实上，这种流体看起来和暗能量是一样的。
暗物质地图观测区域(G12区域)。图片：KiDS survey
法恩斯博士的理论也为暗物质晕的行为提供了第一个正确的预测。大多数星系的旋转速度如此之快，它们应该会把自己撕裂开来，这表明一定有一种看不见的暗物质“光环”将它们维系在一起。今天发表的这项新研究用计算机模拟了负质量的特性，预测暗物质晕的形成，就像用现代射电望远镜观察到的那样。整整一百年前，阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在他的方程式中发现了一个被称为“宇宙常数”(cosmological constant)的参数，为暗宇宙提供了第一个线索。我们现在知道，这个参数就是暗能量的同义词。爱因斯坦把宇宙学常数称为他“最大的错误”，这是出了名的，尽管现代天体物理学的观测证明这是一个真实的现象。
在1918年的笔记中，爱因斯坦描述了他的宇宙常数，写道“需要对理论进行修正，使“真空”承担起吸引分布在整个星际空间的负质量的作用。因此爱因斯坦自己预言了一个充满负质量的宇宙是可能的。以前将暗能量和暗物质结合起来的方法曾试图修改爱因斯坦的广义相对论，但结果证明，这个理论极具挑战性。这种新方法采用了两个已知与爱因斯坦理论相兼容的旧观点（负质量和物质创造）并将它们结合在一起。结果似乎相当漂亮：暗能量和暗物质可以被统一成一种单一的物质，而这两种效应可以简单地解释为正质量物质在负质量的海洋中冲浪。
法恩斯博士理论的证据将来自一种被称为平方公里阵列(SKA)的尖端射电望远镜进行的测试。平方公里阵列是一个国际项目，旨在建造世界上最大的望远镜，牛津大学(University of Oxford)正在与之合作。仍有许多理论问题和计算模拟需要解决，LambdaCDM有近30年的领先优势，但我期待看到这种新的扩展版的LambdaCDM能否准确匹配我们宇宙学的其他观测证据。如果这是真的，它将表明宇宙中缺失的95%有一个美学解决方案：我们忘记了包含一个简单的减号。
博科园-科学科普｜研究/来自：牛津大学
参考期刊文献:《天文学和天体物理学》
DOI：10.1051/0004-6361/201832898
Cite：arxiv.org/abs/1712.07962
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