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反斥重力是暗能量的替代品(上)

當科學家們在 1998 年發現宇宙正以加速中的速率膨脹時,暗能量能解釋這種觀測結果的可能性引發了關注。但在理解暗能量實際上是什麼時,卻沒有多大進展,因此對某些科學家來說,這個想法反到成了一種問題而非解答。其中一位物理學家,義大利 Pino Torinese,National Institute for Astrophysics (INAF) 的 Massimo Villata(他將暗能量描述成「embarrassing(令人尷尬的、令人為難的)」)表示,這個概念對標準宇宙論而言是一種特例元素(ad hoc element,特設元素),而且缺乏任何物理意義。 Villata 是尋求宇宙加速擴張新解釋的眾多科學家之一,那涉及反斥重力(repulsive gravity)的某些形態。在此例中,反斥重力可能根源於隱藏在空洞(void,譯註:天文學裡宇宙絲狀結構的空無之處)中的反物質。

“宇宙空洞(尤其是附近的 Local Void,譯註:位於處女座超星團內)在觀測上眾所周知,而且在我們宇宙的組成中構成了最龐大的結構," Villata 表示。"問題在於,它們是否真的空無一物或包含會排斥的反物質。"

在 Villata 的論文中,那很快要被發表在 Astrophysics and Space Science 期刊中,他指出反物質可能被藏匿在這些廣大的空洞中,因相互重力排斥而與物質分開。如同他先前的解釋,物質與反物質間的重力排斥是廣義相對論的預測之一。在這種情況下,物質具有正重(力)荷(positive gravitational charge),而反物質則有(假想的)負重荷。結果,物質與反物質在(各自的)重力上都是自我吸引(self-attractive)而非排斥。事實上,物質與反物質之間的重力排斥可能相當強大,Villata 算出,那可能是宇宙加速膨脹的原因,且排除暗能量與可能的暗物質的需求。

這種形態的反斥重力甚至在理論上都能解釋某些連暗能量(甚至在理論上)也無法解釋的觀測。最近,科學家觀測到一種異常的「Local Sheet」運動,這部份的宇宙包含銀河系與鄰近星系,那有別於宇宙其他部份,擁有自己獨特的速度。天文學家已確認三種造就 Local Sheet 速度的分量(components):一是由於眾所周知的、來自鄰近稠密的處女座星系團的吸力;第二種分量(雖然它的起源仍不清楚)被認為是由於半人馬座星系團的吸引力;而第三種分量則是天文學家所謂的「局部速度異常(local velocity anomaly)」,因為那並沒有指向任何特定結構。

根據 Villata 表示,不像前二種分量是吸引力,第三種分量可以是排斥力。為了支持這種可能性,他提到 Leo Spur 星系,那位於 Local Sheet 與吸引區之間,顯然是造成這種運動的其餘部份。 Villata 指出,第三種分量的來源也許是在相對的地方,排擠 Local Sheet 而非吸引它。他算出,一堆合理的、位於特定空洞中的反物質,可以解釋反斥重力機制所造成的局部速度異常。

在這種方式下,反物質表現如同我們本區鄰近區域中的暗能量。在大尺度下,眾多反物質空洞能驅使宇宙的擴張而不需要暗能量,甚至可能也不需要爆炸性的大霹靂(這意味著循環的宇宙)。該理論也暗示,我們活在一個物質與反物質等量的宇宙中,一如標準理論的預期。對 Villata 而言,這些結果使得反斥重力成為誘人的暗能量替代品。

“暗能量被認為均勻地瀰漫,故它能(在形式上,而非物理上)解釋整體的加速," Villata 表示。"但它既不能解釋 Local Sheet 上的強烈排斥效應,也不能解釋 Local Void 的極端虛無,以及我們外星系鄰近地區的數種其他特性,不過這裡所提出來的、反物質在 Local Void 的「暗衝擊(dark repulsor)」,能解釋這些所有的事,而且在全宇宙的層次上(所有的宇宙空洞都藏有反物質),可在不需要暗能量與有趣的初始爆發的情況下,解釋整體的加速擴張(以及其他宇宙特色)。"

Villata 希望這些想法能夠經由實驗來檢驗,雖然這樣的檢驗會很困難。

“某些人也許會認為我對「廣義相對論預測的反重力」的分析並不正確或適當," 他補充。"在此例中,更進一步的、決定性的檢驗,我的最新論文裡有提到:反重力透鏡效應(antigravitational lensing effect)。原則上,如果我們有一套良好的、位於空洞之後的 3D 星系星團測繪,那麼要分析在視線周圍的它們,在形狀上是否受到擠壓則會相對容易。這樣的擠壓意味著它們與介於中間的空洞裡,大量密集的反物質排成一列。"

但問題是,這裡有另一種併發的效應,那在徑向方向上強烈扭曲星系的分佈,由於這種奇特的運動,也影響了紅位移的測量:上帝的手指效應(the finger-of-god effect),那沿著視線伸展星系團的形狀。所以那非常難以區別:一個因為這種效應而被嚴重伸展的星系團是否會更進一步被反重力透鏡所稀釋。"

資料來源:PHYSORG:Repulsive gravity as an alternative to dark energy (Part 1: In voids)[January 31, 2012]

轉載自only-perception

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