宇宙学黑暗幽灵提出了一个问题,即爱因斯坦的理论是正确的吗?
广义相对论的成功深深留在了我们的现代世界中。确实,大多数太阳系和天文现象仍然是以牛顿古老的万有引力理论计算的,但是,我们离开我们的GPS设备将不知身处何处,这种设备仅对广义相对论的影响做一次校正。
广义相对论已经在太阳系,以及引力场极强的脉冲星双星系统中经过高精度测试,但是,从来没有在引力很弱的大尺度下测试过。或许,在那里暗物质和暗能量的双重困窘遮掩了广义相对论的失败?
持有这种想法的支持者已经取得了一定的成功。上世纪80年代,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的莫德采·米尔格若姆(Mordehai Milgrom)提出修正的牛顿动力学(MOND),以略为不同的方式将质量与其产生的引力相联系――其描述暗物质星系比广义相对论更好也更简洁。由非主流的“f(R)”引力理论构造出的宇宙学模型,即便它们不包含暗能量,也表现得似乎有所包含。
但没有一种理论能自称握有所有的牌。MOND并没有很好地处理星系团中单个星系的运动。我在2004年提出的理论(相对论版本):张量-矢量-标量(TeVeS)引力,也同样如此。而f(R)理论没有适当地描述不规则的星系的旋转。正是这种旋转首次导致提出暗物质概念。
我们也许交了好运。如果暗能量是爱因斯坦塞入他的广义相对论方程中的不容亵渎的宇宙常数的话,那么它受到偏爱的原因是因为它是真空能量。由于能量集中在星系和星系团的中心及周围(酷似暗物质),故而引力场足以干扰真空。
当前的量子场理论不可能神奇地将它集中到足够巨大,但或许有一天,这两个暗物的奥秘会因对已知的量子物理学的审慎应用而消除。
资料来源 New Scientist
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本文作者:雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein),以色列耶路撒冷希伯来大学理论物理学家。
六条通往终极理论之路
弦理论:粒子和力作为微小振动弦而存在。不同的弦振动产生带有不同特性的粒子:电子、夸克、希格斯玻色子。这种作用发生在10维空间中。
M-理论:一个更加一般的11维理论,它把不同版本的弦理论联系在一起。
圈量子引力:把空间分成许多个小块并且使用结理论来把它们缠绕在一起,它使得这些结点带有基本粒子的特性。
因果动力学三角理论:同圈量子引力方法相似,但是却涉及到时间和空间。
万物异常简单的理论:独立研究者加勒特·里斯(Garrett Lisi)于2007年发表的文章,引起了声称统一所有基本作用力理论的轰动。文章的结果表明了这种统一要依赖于一个数学上被叫做E8李群的对称性。但是,即使是该文章的作者也承认文章的这种结论并没有对大统一做出任何突破性的进展。
信息理论:热力学掌管着一切,其中包括信息的传播。一个关于事物现在所呈现出来的原因的更好理解便是这些事物的信息――并且能够限制出任何终极理论的参数。
邓雪梅 编译