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宇宙加速膨胀之谜:暗能量或只是时空几何的幻象

2025-12-30

          在发现宇宙膨胀现象后的漫长岁月里,科学家们普遍认为,万有引力会像刹车一样减缓膨胀速度。这就像往天空抛出一块石头,即便向上运动,引力也会逐渐削弱其速度,宇宙膨胀理应遵循相似的规律。

          1998年,这一认知被彻底颠覆。两个独立天文学家团队通过观测遥远的Ia型超新星——宇宙中的“标准烛光”,测量宇宙膨胀速度时,得出了令人震惊的结论:宇宙膨胀不仅没有减速,反而在加速。就像那枚被抛出的石头,不仅没有慢下来,反而加装了火箭推进器,越飞越快。

          为解释这一违背直觉的现象,科学家们引入了“暗能量”这一概念。在当前主流的ΛCDM标准宇宙模型中,暗能量占据宇宙总质能的70%,它被假定为一种提供“万有斥力”的神秘能量,持续“撑开”宇宙空间。但迄今为止,人类始终未能捕捉到暗能量的踪迹,它更像一个理论补丁,只为适配观测数据。

          近日,一项发表在预印本服务器(arXiv)上的研究,对暗能量的存在提出了质疑:或许暗能量根本不存在,宇宙加速膨胀的真相,藏在时空本身的几何属性中。研究指出,人类一直用过于简单的几何理论描述时空,才陷入了寻找暗能量的误区。

          我们熟知的广义相对论,建立在黎曼几何框架之上。这种几何模型允许时空弯曲,但有个核心设定:时空度量标准具有对称性和各向同性,无论观测者朝向何方、运动速度如何,距离和时间的定义始终不变。而新研究采用的芬斯勒几何,是黎曼几何的延伸与推广,它认为时空度量依赖于观测者的运动速度和方向,时空几何性质会随运动状态微妙变化。

          打个比方,在有风的区域测量距离,黎曼几何中顺风与逆风走一米毫无区别;而在芬斯勒几何中,时空“阻力”随方向改变,顺风与逆风走一米的“内在感觉”截然不同。时空就像自带纹理的织物,而非均匀平整的画布。

          当科学家将芬斯勒几何引入描述宇宙膨胀的弗里德曼方程后,奇妙的现象出现了:即便不加入代表暗能量的常数,也不引入额外能量场,方程依然能自然推导出宇宙加速膨胀的结论。这意味着,宇宙加速膨胀可能并非暗能量推动,而是时空自身的几何属性在大尺度下显现的效应,其表现酷似一种斥力。

          奥卡姆剃刀原理告诉我们,如无必要,勿增实体。用时空几何就能解释的现象,无需额外假设一种遍布宇宙却看不见的神秘能量。当然,该理论目前仅在数学上成立,还需更多观测证据验证。

          从万有引力减速到暗能量驱动,再到时空几何的全新解读,人类对宇宙的认知不断迭代。随着研究的深入,宇宙膨胀的终极奥秘终将被揭开,而这场探索本身,正是科学最迷人的地方。

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