暗能量是我们现代宇宙学理解的核心。在标准模型中,暗能量是推动宇宙膨胀的动力。在广义相对论中,暗能量是用宇宙常数来描述的,这使得暗能量成为空间和时间结构的一部分。但随着我们收集到更多的观测证据,我们的模型出现了一些问题。首先,我们观测到的宇宙膨胀速率取决于我们使用的观测方法,即哈勃张力问题。另一方面,虽然我们假设暗能量在整个宇宙中是均匀的,但有一些暗示表明这可能并不正确。现在,一项新的研究表明,我们完全错了。作者认为,暗能量并不存在。

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好吧,让我们从已知的开始。当我们遥望数十亿光年的宇宙空间时,我们看到物质聚集在星系中,而这些星系又成群结队地聚集在一起,所以宇宙中有大量的物质被巨大的空隙隔开。在小尺度上,这意味着物质的分布是不均匀的。但当我们进入更大的尺度,比如10亿光年左右,物质的平均分布就会趋于平衡。在大尺度上,宇宙是均匀的,不会偏向某个特定的方向。这意味着我们可以笼统地把宇宙描述为到处都一样。这就是所谓的同质性原则。通过将这一原理应用于宇宙膨胀,我们可以用弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克(FLRW)度量来模拟宇宙,其中暗能量是一个宇宙常数。

标准模型的反对者认为,该原理不能应用于宇宙膨胀。有些人甚至认为,广义相对论的基本原理不能应用于宇宙尺度。在一个这样的模型中,被称为时间逃逸模型,有人认为暗能量会违反等效原理。由于该原理将惯性能和引力能等同起来,所以没有办法将宇宙膨胀作为一种真实的效应加以区分。此外,由于我们知道引力场会影响时间的速度,时间逃逸模型认为宇宙在时间上不可能是均匀的。基本上,该模型认为,在星系团的引力井中,时钟的运行速度会比在浩瀚的宇宙空洞中慢得多。在数十亿年的宇宙历史中,这种差异会逐渐累积,在整个宇宙中创造出时间的差异。正是这种时间散度,才会产生宇宙膨胀的表象。

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在这项最新的研究中,作者使用了Pantheon+ Ia型超新星的数据集,看看它更适合标准宇宙学模型还是时间逃逸模型。这两种模型的主要区别在于,在标准模型中,宇宙膨胀必须是均匀的,而在时间逃逸模型中,宇宙膨胀不可能是均匀的。研究小组发现,虽然Pantheon+支持这两种模型,但数据更适合时间逃逸模型。换句话说,数据的最佳拟合表明暗能量是一种错觉,但这种拟合还不足以推翻标准模型。

如果未来的观测继续支持时间逃逸模型,它将彻底改变我们对宇宙的理解。但我们有理由保持谨慎。首先,时间逃逸模型只是标准模型的众多替代方案之一,而这项研究并没有解决这个问题。时间逃逸模型本身也有一些内部问题需要解决,才能成为新的宇宙模型。但现在很明显,我们不能忽视这样一个事实,即标准模型可能是错误的。我们正在进入一个令人兴奋的天文学时期,在不久的将来,我们对宇宙的了解将显著增加。

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