暗能量不存在？科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹背后的真正原因

在發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹之后的很長一段時間里，科學(xué)家都普遍認(rèn)為，宇宙物質(zhì)之間的萬有引力會像剎車一樣，把宇宙膨脹的速度慢慢拖慢，就像你往天上扔一塊石頭，石頭雖然在上升，但速度肯定會越來越慢。

然而在1998年的時候，兩個獨(dú)立的天文學(xué)家團(tuán)隊通過觀測遙遠(yuǎn)的Ia型超新星（也就是宇宙中的標(biāo)準(zhǔn)燭光）來測量宇宙膨脹速度時，所有人都傻眼了。

因?yàn)橛^測數(shù)據(jù)明明白白地顯示，宇宙的膨脹并沒有在減速，反而是在加速，也就是說，那個被扔上天的石頭，并沒有慢下來，反而像裝了火箭推進(jìn)器一樣，越飛越高，越飛越快。

為了解釋這個完全違反直覺的現(xiàn)象，科學(xué)家不得不給宇宙加入一個新成員——暗能量。

在目前的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型（即ΛCDM模型）里，暗能量占據(jù)了宇宙總質(zhì)能的大約70%，我們并不知道它具體是什么，只知道它應(yīng)該提供了一種“萬有斥力”，把宇宙空間“撐開”。

不過并不是所有人都對暗能量表示認(rèn)同，這不，根據(jù)一項(xiàng)發(fā)表在預(yù)印本服務(wù)器（arXiv）上的研究，暗能量有可能并不存在，科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹背后的真正原因。

該研究指出，盡管我們已經(jīng)很努力地去尋找暗能量的蹤跡，但迄今為止，我們什么也沒有發(fā)現(xiàn)，所以我們有理由認(rèn)為，既然暗能量怎么找都找不到，那會不會是我們一開始用來描述時空的幾何學(xué)太簡單了？

科學(xué)家表示，我們現(xiàn)在通用的廣義相對論，建立在一種叫“黎曼幾何”（Riemannian geometry）的數(shù)學(xué)框架上。在黎曼幾何的世界里，時空雖然可以彎曲，但它有一個非常“硬性”的設(shè)定：無論你朝哪個方向看，無論你運(yùn)動得有多快，時空度量的標(biāo)準(zhǔn)（也就是你怎么定義距離和時間）本質(zhì)上是對稱的、各向同性的。

而此次研究則使用了“芬斯勒幾何”（Finsler geometry），我們可以將其簡單地理解為，這是“黎曼幾何”的一種數(shù)學(xué)上的推廣和延伸，在芬斯勒幾何的世界里，時空的度量依賴于觀察者運(yùn)動的速度和方向的，也就是說，時空的幾何性質(zhì)會隨著你的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生微妙的變化。

打個比方，假設(shè)你在一個有風(fēng)的區(qū)域測量距離，在黎曼幾何中，無論你逆風(fēng)還是順風(fēng)走，尺子上的“一米”永遠(yuǎn)是等價的，但在芬斯勒幾何中，由于時空本身的幾何屬性隨著你的運(yùn)動方向發(fā)生了變化，你順風(fēng)走一米和你逆風(fēng)走一米，在時空的“阻力”或“內(nèi)在感覺”上就會不同。

在研究工作中，科學(xué)家將這個更復(fù)雜的芬斯勒幾何引入到了描述宇宙膨脹的核心方程——“弗里德曼方程”之中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就算方程里根本沒有那個代表暗能量的常數(shù)，也沒有引入任何額外的能量場，方程的解竟然自然而然地推導(dǎo)出了一個加速膨脹的宇宙。

這就意味著，我們之前認(rèn)為的暗能量可能根本不存在，而宇宙膨脹背后的真正原因，有可能是時空這種“材質(zhì)”自帶的一種幾何屬性所產(chǎn)生的效應(yīng)，根據(jù)此次研究的計算，當(dāng)宇宙尺度足夠大時，這種效應(yīng)就會顯現(xiàn)出來，表現(xiàn)得就像有一種斥力在推動宇宙膨脹一樣。

科學(xué)家指出，奧卡姆剃刀原理告訴我們，如無必要，勿增實(shí)體。假如能用“幾何”本身解釋所有現(xiàn)象，為什么要額外假設(shè)一種充滿了整個宇宙卻又看不見的“能量”呢？

當(dāng)然了，此次研究只是證明了“幾何產(chǎn)生加速”在數(shù)學(xué)上是行得通的，接下來，科學(xué)家還需要找到有力的證據(jù)來對其進(jìn)行驗(yàn)證。就目前的情況來看，相關(guān)的研究仍在進(jìn)行之中，期待在未來的日子里，科學(xué)家能有更多的發(fā)現(xiàn)。

參考資料：From kinetic gases to an exponentially expanding universe - The Finsler-Friedmann equation，arXiv:2504.08062v2