修正广义相对论?宇宙学面临难题,到底是哪位错了?

作者:小菜 更新时间:2025-04-20 点击数:
简介:从提出至今,爱因斯坦的广义相对论经历了科学家们的多次验证,每一次都通过了考验,证明了爱因斯坦的正确性。

然而,试图找到相对论的不普适性的人始终存在,这一次又有科学

【菜科解读】

从提出至今,爱因斯坦的广义相对论经历了科学家们的多次验证,每一次都通过了考验,证明了爱因斯坦的正确性。

然而,试图找到相对论的不普适性的人始终存在,这一次又有科学家提出了新的看法。

我们知道,广义相对论直到现在还可以完美地解释宇宙中的宏观天体物理学现象,尤其是太阳、黑洞乃至宇宙岛级别。

但正所谓鞭长莫及,在量子领域,广义相对论遭遇了滑铁卢,完全无法进行解释。

如今,在宇宙尺度下,也有人对这个理论提出了挑战。

虽然爱因斯坦本人不敢相信,但广义相对论已经从理论上证明了宇宙是在膨胀的。

而且,根据1998年的一项研究,我们的宇宙甚至还在加速膨胀。

这意味着这种膨胀并不仅仅来自于宇宙大爆炸,而是还有一种机制在提供膨胀的能量,这就是所谓的暗能量。

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这也符合量子理论的预测:即便是真空中,也充满了我们注意不到的能量。

人类的设备目前还只能观测能量的变化幅度,而不能确定其总量。

然而,根据目前对宇宙膨胀速度的观测,所需的暗能量似乎比量子理论预测的要少得多,这令科学家们有点困惑。

如果两个数字对不上号,是否说明暗能量本来不是导致宇宙膨胀的根源呢?如果真的是暗能量产生了斥力,为什么这种力比理论预测的要小很多呢?

除了暗能量之外,宇宙中还有一些人类无法观测到的机制,那就是暗物质。

和暗能量不同,暗物质能够产生引力,它是将宇宙岛的天体聚拢在一起的关键,但同样无法被人类观测到。

关于暗能量和暗物质,目前有一个宇宙学理论得到最多的认可,那就是Λ冷暗物质 LCDM模型。

根据该模型的猜测,我们的宇宙的总质能中有大约70%被暗能量占据,还有25%是暗物质,我们能够看见的一切可见物质本来仅占了5%左右。

根据天文学家近20年来的观测,数据也基本符合这个模型。

但是,这个看起来已经符合预期的理论,也遇到了麻烦,那就是宇宙的膨胀速度。

天文学上衡量宇宙膨胀速度有一个参数,叫哈勃常数,这个常数被提出了差不多100年,但没有人知道它具体是多少。

其中LCDM模型可以帮助天文学家进行测算,通过宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射,天文学家测出了哈勃常数的一个数值。

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天文学家还有一个更加简便的方法,那就是直接测量处于宇宙各个位置的天体和我们的距离,以及它们的退行速度,就可以算出哈勃常数的结果。

这两种方法看起来都是经过论证,没有问题的,但结果却并不相同,这意味着有一种方法存在着问题。

因此有人提出:或许LCDM模型并不准确,需要进行修正。

修正的方法有很多,其中一种就是对引力理论的修正。

换句话说,他们认为爱因斯坦的广义相对论或许存在着瑕疵。

因此,验证广义相对论的话题再一次被提出,也有更多科学家加入到这个行列中来。

朴茨茅斯大学宇宙学教授Kazuya Koyama和西蒙弗雷泽大学物理学教授Levon Pogosian等人在《自然-天文学》杂志上发表论文,介绍了他们的最新研究成果。

他们参考了大量的宇宙观测数据,测试广义相对论的准确性。

他们从三个方面对广义相对论进行了验证,区别是宇宙的膨胀、引力对光的影响以及引力对天体所产生的作用。

他们将三种验证手段结合起来,并利用一种名叫贝叶斯推断的统计学方法,在计算机中重建了宇宙的引力模型。

研究人员的数据来源非常广泛,包括欧洲航天局普朗克卫星的宇宙微波背景数据、超新星目录、美国的斯隆数字巡天 SDSS项目以及暗能量巡天 DES项目对遥远宇宙岛的形状和分布的观测等。

在建立模型之后,他们与现在基于爱因斯坦广义相对论的LCDM模型进行了比较。

没料到,他们还真的发现了一些特殊的情况,那就是计算机模型确实和LCDM模型有不同之处。

尽管统计学意义相对来说很低,但这也意味着LCDM模型以及爱因斯坦的广义相对论确实有很小的可能性是需要调整的,否则无法在大尺度下满足实际的天体物理学规律。

他们还注意到,仅仅通过对引力理论的修正,是不太可能解决哈勃常数面临的困境的,也就是还需要其他方面的调整。

研究人员指出,或许宇宙中还存在着其他的机制。

他们猜测,在宇宙大爆炸之后,由于温度太高,质子和电子无法结合为氢原子。

就在这段期间,可能存在着某种特殊的暗物质、暗能量或者原始磁场之类的机制。

当然,也可能是本次利用的数据中存在尚未被人类了解的系统误差,需要修正。

不管如何说,本次研究向世人证明,利用现有设备在宇宙学距离尺度下验证广义相对论是可行的。

尽管还没有解决哈勃常数的问题,但研究人员已经提出了新的方法,未来随着更多先进的观测设备的问世,或许就会有更加令人兴奋的研究成果出现。

总而言之,目前很多理论在现有的科学进展程度上是可行的,却未必绝对准确,哪怕是广义相对论。

当初牛顿力学被奉若神明,还不是被发现了不适用的情况?或许有一天,广义相对论也会被证明在某些方面存在问题,这对人类来说,将是一件好事。

超正方体存在吗?超正方体画四维空间产物

超正方体又被称为正八胞体,是一种四维空间的凸正多胞体,相当于三维立方体的四维类比,拥有8个立方胞体,是一个4-4边形柱,可以和正十六胞体通过作垂线的方式相互转化,目前在三维空间中,还不能画出完整的四维胞体,但是能够画出施莱格尔和二维投影,来帮助我们更好的理解,下面就跟着小编一起来看看超正方体吧!超正方体存在吗?在负维空间中就曾提到,在数学的几何学中,有着拓扑空间的概念,其中点就是零维,线就是一维,而面就是二维,而体就是三维,四维则是由体组成的超立方体,可以说是三维人类无法想象的,严格的来说在我们的三维世界是不存在的,但是在数学中的四维空间是存在的。

超正方体其实就是凸正多胞体中的正八胞体,是四维空间中立方体的类比,4-4边形柱,有8个立方体胞。

超立方体没有角度概念,但是任何一个顶点达到相邻顶点的距离都是相等的。

这和正六百胞体十分相似。

就像人们能从三维图形在二维的投影,想象出三维空间的形状一样,我们也可以通过四维方体在三维空间的投影,想象四维方体的具体外形。

由此就延伸出了施莱格尔投影的概念。

超正方体怎么画 投影分类施莱格尔投影:其实就是四维图形在三维的投影,通过这一投影,就能看出超正方体有8个胞体,24个面,32条棱和16个顶点。

四维方体并不好想象,所以你可以理解为三维物体是直接投影在视网膜上,但是四维物体是只能先投影成三维,在通过一次投影才能出现在视网膜上。

球极投影:就是将超立方体的每个表面都膨胀一定的时间,就得到了一个超球,而球极投影就是我们置身于超球中所看到的景象。

二维线架正投影:这也是我们最容易画出来的一种超正方体投影,因为这是比三维还低的二维面上的超正方体的正投影,依照图上的相邻的两个角都是45度,一个点一个点的画,还是很简单的。

超正方体的展开图如果还不好理解,我们可以像研究三维图形一样,做出超正方体的展开图,虽然看上去很困难,因为我们怎么也不能想象着八个立方体要这怎么转才能合成一个超正方体,这就好像二维不懂三维图形一样。

超正方体是正八胞体,所以与正十六胞体有着相互的联系,只要将正八胞体每个正方体的中心,作出所在正方体的正方形面垂线,就能得到一个正十六胞体。

结语:虽然超正方体对于三维空间的人很难理解,但是在数学中也是真实存在的,我们要向画出超正方体,只能通过投影的方式,才能在三维中呈现。

近藤效应?近藤效应的形成原因

近藤效应就是含有极少量磁性杂质的晶态金属,在低温情况下所出现的一种电阻极小的现象。

近藤现象其实早在1930年就被日本物理学家近藤淳所发现,一般来说电阻会随着温度的降低而降低,但是近藤效应却在电阻达到开尔文零度时出现了上升,而导致电阻增加的最根本原因,就是磁性原子和传导电子之间的多次散射过程,下面就跟着小编一起来看看近藤效应是什么吧!近藤效应是什么?其实简单来说近藤效应就是含有极少量磁性杂质的晶态金属,在低温情况下所出现的一种电阻极小的现象。

近藤现象其实早在1930年就被日本物理学家近藤淳所发现,实验中的一些掺杂磁性粒子的非磁性金属的电阻,会在低温下出现极小值,比如掺杂锰,铁等稀固熔体的金属铜。

但是当时按照通常的电阻理论,很难正确解释近藤效应的发生,因为稀固熔体的电阻是随着温度的下降而下降的,最后会趋向于杂质散射的剩余电阻,但是近藤效应却正好相反,在温度趋近于零度开尔文时,反而电阻增加了,所以直到30多年后,也就是1964年,近藤淳才对这一效应做出了完美的解释,近藤效应也因此得名。

近藤效应是怎么形成的?近藤淳指出电阻极小值其实和杂质原子局域磁矩有关,磁性原子和传导电子之间的多次散射过程,是导致电阻增加的最根本原因,所以近藤提出在一定条件下,由于交换散射而引起的电阻率是随着温度的下降而变大的。

近藤效应是日本科学家近四十年来首次发现的物理现象,对于研究分子运输提供了很大的帮助,而且近藤效应也是物理学中第一个渐进自由的例子,可以说这一新发现在物理学上对单个磁性分子的研究有巨大的推动作用。

近藤效应的应用近藤效应在分子运输领域有很大的研究价值,比如近藤绝缘体就是其中一种,它又被叫做重费米子半导体,是一种新发现的金属性化合物中具有异常大电子的半导体,它的最大特征就是低温比热容和超声吸收等。

结语:与康普顿效应和费米子不同,近藤效应虽然三十年后才被正确解释,但是通过科学家们不懈的努力,还是清楚的了解了这一神奇的现象。

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