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重磅!《物理评论快报》:爱因斯坦广义相对论有错误,宇宙并不均匀

前瞻网    2021-12-13 20:00

 

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在宇宙学计算中,人们总是假设宇宙中物质的分布是均匀的。这是因为如果把每颗恒星的位置都包括在内,计算就太复杂了。在现实中,宇宙并不均匀:在某些地方有恒星和行星,在其他地方则是一片空白。

明斯特大学理论物理研究所和软纳米科学中心的物理学家们开发了这个问题的新模型。他们的出发点是 Mori-Zwanzig方程,这是一种描述由大量粒子和少量被测量组成的系统的方法。该研究的结果现已发表在《物理评论快报》杂志上。

爱因斯坦提出的广义相对论是现代物理学中最成功的理论之一。过去的五项诺贝尔物理学奖中有两项与它有关:2017 年的引力波测量奖和 2020 年在银河系中心发现黑洞的奖。该理论最重要的应用之一是描述自大爆炸以来宇宙的宇宙膨胀。这种膨胀的速度取决于宇宙中的能量大小。据目前在宇宙学中使用的Lambda-CDM模型,除了可见物质之外,最重要的是暗物质和暗能量在宇宙膨胀中起作用。

科学家说:“严格来说,在广义相对论方程中包含宇宙能量密度的平均值在数学上是错误的”。现在的问题是这个错误有多“糟糕”。一些专家认为它无关紧要,另一些专家则认为它是暗能量之谜的解决方案,暗能量的物理性质仍然未知。宇宙中质量的不均匀分布可能会影响宇宙膨胀的速度。

“Mori-Zwanzig已经成功地应用于从生物物理学到粒子物理学的许多研究领域,”物理学家说,“因此它也为解决这个天体物理学问题提供了一种很有前途的方法。” 该团队推广了这种方程,以便将其应用于广义相对论,并在此过程中推导出宇宙膨胀模型,同时考虑宇宙中物质的不均匀分布。

该模型对这些所谓的不均匀性对宇宙膨胀速度的影响做出了具体预测。该预测与Lambda-CDM模型给出的预测略有不同,因此提供了一个通过实验测试新模型的机会。目前,天文数据还不够精确,无法测量这种偏差。但取得的巨大进步——例如在引力波的测量方面——让科学家有理由希望这种情况会改变。此外,Mori-Zwanzig的新变体也可以应用于其他天体物理学问题——因此这项工作不仅与宇宙学有关。

该研究论文题为'Mori-Zwanzig Formalism for General Relativity: A New Approach to the Averaging Problem',已发表在《物理评论快报》期刊上。

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责任编辑: 3976DBC

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