研究称弗里德曼时空大尺度扰动下不稳定,ΛCDM稳定解地位受质疑
据《印度时报》世界版报道,加州大学戴维斯分校研究团队在《英国皇家学会会报A》发表研究,称爱因斯坦—欧拉方程下所有弗里德曼时空在大尺度径向扰动下都不稳定,质疑Λ冷暗物质模型作为稳定解的物理合理性。团队认为,现实宇宙若偏离弗里德曼结构,加速膨胀或不必依赖独立暗能量来源;但结论仍待独立复核和观测检验,不能等同于暗能量已被排除。
据《印度时报》世界版报道,加州大学戴维斯分校研究团队在《英国皇家学会会报A》发表论文,挑战近三十年来解释宇宙加速膨胀的默认方案——Λ冷暗物质模型(ΛCDM)。团队使用爱因斯坦—欧拉方程检验该模型,发现物质主导时期的对称性扰动会增长而非消退,并主张:“我们证明,与爱因斯坦静态模型一样,所有弗里德曼时空在大尺度径向扰动下都不稳定。”
这意味着,构成ΛCDM基础的弗里德曼解即使满足方程,也未必是能够承受扰动的稳定物理状态。论文共同作者、加州大学戴维斯分校数学系荣休教授布莱克·坦普尔用竖立在笔尖上的铅笔作比喻:平衡时,各股力量彼此抵消,所以它是方程的一个“解”;但任何气流都会将其吹倒。他说,标准模型的核心数学结构与此相似。
团队据此提出,如果真实宇宙偏离弗里德曼结构,宇宙加速膨胀可能不需要另设一种不可见的暗能量。坦普尔称,弗里德曼时空对加速膨胀的不稳定性可能提供比暗能量“更简单、更自然”的解释。不过,这仍是研究团队提出的理论路径,而非已经通过观测确认的新宇宙模型。
研究还涉及哥白尼原则是否应被一致适用。坦普尔说,ΛCDM模型与球对称时空模型都要求宇宙中存在一个特殊位置,观测者必须位于那里,模型才具有物理合理性;如果这一原则足以排除其中一个,就应同样审视另一个。
这项研究最早源于团队对早期宇宙冲击波的设想:宇宙可能由大爆炸冲击波推动,异常加速则来自追赶其后的膨胀波。团队随后发现,大爆炸后的辐射时期存在一组自相似解,可能描述这种膨胀。研究获英国工程与物理科学研究委员会及美国数学研究所SQuaREs计划资助。
但现有材料仅提供《印度时报》的一篇报道,未见物理学界其他专家的独立评估或观测验证。坦普尔对结论的限定是:“这看来排除了Λ冷暗物质模型成为广义相对论爱因斯坦方程下可行稳定解的可能性,无论是否存在暗能量。”因此,这项研究目前直接挑战的是ΛCDM作为稳定解的地位,而不是证明暗能量不存在。
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