修正廣義相對(duì)論 宇宙學(xué)面臨難題 到底是誰(shuí)錯(cuò)了

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論從提出至今，經(jīng)歷了多次科學(xué)驗(yàn)證，每一次都通過(guò)了考驗(yàn)，證明了它的正確性。然而，總有一些人試圖找到相對(duì)論的局限性，最近又有科學(xué)家提出了新的觀點(diǎn)。我們都知道，廣義相對(duì)論能夠完美地解釋宇宙中的宏觀天體物理學(xué)現(xiàn)象，尤其是恒星、黑洞乃至星系級(jí)別。但在量子領(lǐng)域，廣義相對(duì)論遇到了困境，無(wú)法進(jìn)行解釋。現(xiàn)在，有科學(xué)家對(duì)這個(gè)理論在宇宙尺度下的適用性提出了挑戰(zhàn)。

雖然愛(ài)因斯坦本人都難以置信，廣義相對(duì)論已經(jīng)從理論上證明了宇宙正在膨脹。1998年的一項(xiàng)研究甚至表明，宇宙的膨脹速度正在加速。這意味著宇宙膨脹不僅僅是由宇宙大爆炸引起的，還有其他機(jī)制提供了膨脹的能量，即所謂的暗能量。

這與量子理論的預(yù)測(cè)相符：即使在真空中，也存在我們無(wú)法察覺(jué)的能量。目前，人類的設(shè)備只能觀測(cè)到能量變化的幅度，而無(wú)法確定其總量。

根據(jù)目前對(duì)宇宙膨脹速度的觀測(cè)，所需的暗能量似乎比量子理論預(yù)測(cè)的要少得多，這讓科學(xué)家感到困惑。如果兩個(gè)數(shù)字不匹配，是否意味著暗能量并非宇宙膨脹的根源？如果暗能量確實(shí)產(chǎn)生斥力，為什么這種力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論預(yù)測(cè)的值？

除了暗能量，宇宙中還存在一些無(wú)法觀測(cè)到的機(jī)制，即暗物質(zhì)。暗物質(zhì)能夠產(chǎn)生引力，它是將星系的天體聚集在一起的關(guān)鍵，但同樣無(wú)法被人類觀測(cè)到。

關(guān)于暗能量和暗物質(zhì)，目前最被廣泛接受的宇宙學(xué)模型是Λ冷暗物質(zhì)（LCDM）模型。根據(jù)該模型推測(cè)，我們宇宙的總能量中約有70%是暗能量，25%是暗物質(zhì)，而我們能夠看到的可見(jiàn)物質(zhì)僅占5%左右。根據(jù)天文學(xué)家近20年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這一模型基本上是符合的。

這個(gè)看起來(lái)已經(jīng)符合預(yù)期的理論也面臨問(wèn)題，即宇宙的膨脹速度。天文學(xué)家使用哈勃常數(shù)來(lái)衡量宇宙膨脹速度，這個(gè)常數(shù)已經(jīng)被提出了近100年，但具體數(shù)值仍未確定。LCDM模型可以幫助天文學(xué)家計(jì)算哈勃常數(shù)，通過(guò)宇宙大爆炸的余輝——宇宙微波背景輻射，天文學(xué)家得出了一個(gè)數(shù)值。

天文學(xué)家還有一種更簡(jiǎn)便的方法，直接測(cè)量位于宇宙各個(gè)位置的天體與我們的距離，以及它們的退行速度，從而計(jì)算出哈勃常數(shù)的結(jié)果。

這兩種方法看起來(lái)都是經(jīng)過(guò)論證、沒(méi)有問(wèn)題的，但結(jié)果卻不相符，這意味著其中一種方法可能存在系統(tǒng)性誤差或者其他未知因素。這引發(fā)了對(duì)廣義相對(duì)論驗(yàn)證的新視角和新挑戰(zhàn)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家正在進(jìn)行一系列的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證或者修正廣義相對(duì)論。其中一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)是引力波的探測(cè)。引力波是廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的波動(dòng)，它們是由質(zhì)量運(yùn)動(dòng)引起的，例如兩個(gè)黑洞合并時(shí)產(chǎn)生的引力波。

2015年，引力波首次被直接探測(cè)到，這是對(duì)廣義相對(duì)論的一項(xiàng)重大驗(yàn)證。引力波的探測(cè)不僅證實(shí)了廣義相對(duì)論對(duì)于強(qiáng)引力場(chǎng)的正確性，還為研究黑洞、中子星等天體提供了新的手段。

另一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)精確觀測(cè)星系和宇宙背景輻射的形成和演化來(lái)驗(yàn)證廣義相對(duì)論。科學(xué)家使用先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡和觀測(cè)設(shè)備，收集宇宙背景輻射的數(shù)據(jù)，并與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)進(jìn)行比較。這些觀測(cè)可以提供關(guān)于宇宙的演化、結(jié)構(gòu)形成以及暗能量和暗物質(zhì)的性質(zhì)的重要線索。

此外，科學(xué)家還在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量，以評(píng)估廣義相對(duì)論在小尺度和弱引力場(chǎng)下的適用性。例如，通過(guò)在地面上進(jìn)行精密實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家可以測(cè)量物體的重力加速度，并與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)進(jìn)行比較。這些實(shí)驗(yàn)可以幫助我們了解廣義相對(duì)論是否需要修正或擴(kuò)展。

盡管廣義相對(duì)論已經(jīng)通過(guò)多次驗(yàn)證，并成為我們理解宇宙的基礎(chǔ)理論之一，但科學(xué)家仍然在不斷努力，尋找新的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)手段，以提供新的證據(jù)和新的視角，進(jìn)一步驗(yàn)證或修正廣義相對(duì)論。這些努力有助于我們更全面地理解宇宙的本質(zhì)和運(yùn)行機(jī)制。