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[技术] 赖仲达《暗能量究竟是个什么东西》

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发表于 2013-9-14 11:49:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
                          暗能量究竟是个什么东西

                               *赖仲达*

 转自树芽网(shuya1.com)
   谈到暗能量这个东西,在一般理论物理学家眼中的确是个头疼的事。不错,根据宇宙学
家最新的观测结果,暗能量大约在宇宙中占70%的分量,并且是一种具有负压强的能量,它
可以让引力无法使宇宙膨胀减速。

    早在爱因斯坦时代就可以说有暗能量的影子:当时爱因斯坦为了保持宇宙的稳定不得已
加入了一个宇宙项在他的方程里,使宇宙在一种“未知力”的情况下保持一个稳定的状态。
结果哈勃的发现让他沮丧,他又重新放弃了宇宙常数项,并宣称这是自己犯得一个最大的错
误。

    自然,现在我们知道,暗能量的存在给这个宇宙常数有了一个新的转机。当初,爱因斯
坦在广义相对论解释引力的方程F=G1MnM/Vn^2带入了一个因子进去,我们也可
以用R_uv-1/2*R*g_uv+Λ*g_uv=κ*T_uv来解释引力场的理论,自然,这个方程也可以转
化为

  ds^2=Adt^2+Bdr^2+Cdθ^2+Ddφ^2

  在这里,A、B、C、D是度规分量,我们很容易可以就看出,如果不加入一个项Λ进去,
ds就会随着时间的增大而增大,这表示时空弯曲的距离增加,自然宇宙也就不能保持稳定。
虽然爱因斯坦后来听闻埃德温·哈勃的v=H0r后才发觉红移是存在的,便放弃了常数。然而
现代科学表明,爱因斯坦当年猜测的那股神秘的能量是存在的,它确实是一种反引力的、使
宇宙加速膨胀的力,同时也是扭转的,这意味着它还具有角速度。

    最初科学家对于这种能量的猜测是被解释为一种真空中具有的能量,这种能量的确存在,
它的证据来源于1947年卡西米尔力的试验,卡西米尔力是真空中虚粒子的数目不相等造成的,
而这种能量恰好可以解释为空间中的正反虚粒子对的产生和湮灭(或正负能量的短暂产生),
从而,很多科学家把这种真空中出现的量子涨落所具有的能量(能量为正)看做暗能量,当
初爱因斯坦引力场方程就是假设这种能量所具有的Mn虚拟质量作为引力产生条件的。

    这种能量我们现在看做真空能量,换句话说它也是零点能量,是系统基态(也就是我们
说系统所处于最低能级-13.6eV所处的能量),在该系统中可以解释为哈密顿算符的期望值。
这种能量可以解释为一种我们说起伏状态的能量场,设想量子涨落遵守海森堡不确定性原理

    ΔEΔt≥h/4π

   我们可以看做空间中突然产生一个虚粒子(正能),然后产生一个其的反粒子与其湮灭,
过程不违反能量守恒,从而使得空间中的总能量在0位置处振幅,能量的增加意味着时间的
减少。从而,我们以这个标准作为一个刻度,大于该能量的我们视为正能量,小于的则为负
能量,两者之间为矢量对称关系。

    例如引力势能我们就可以看做是负能量,那么从而,引力的大小必将决定于正能的大小
,即我们可以说,按照能量守恒定律,有多少的引力就应当有多少的正能量。然而,我们要
知道的是,宇宙中的正能是非常大的,暗能量比引力要大得多,因而宇宙总是向外加速膨胀。
(1997年美国哈佛大学一个天文小组对Ia-超新星观测的结论)。而如果我们说真空能是暗
能量,在能量密度上又与暗能量不符。

    我们已经知道宇宙的总密度和临界密度在观测上都是ρ_c,其数值
    ρ_c = 1.879x10^(-29) h^2*g*cm^(-3)
    前面我们已经讲过,暗能量占了大约70%的能量密度,和总能量平均是非常接近的。这
如果和真空能的数值是相差很大的——那么究竟有什么法子可以解释暗能量?

    我们先来考虑第一个对称性。在量子力学里,我们知道有两种类型的粒子,分别是费米
子和玻色子,如果,考虑他们具有的能量,两者具有的能量状态是相反的,这就表明:如果
考虑超对称,宇宙常数和真空能是严格控制在0的。可是我们知道是,超对称在量子力学中是
被破坏的了。这就表明宇宙常数和真空能不能保持在0的范畴。

    很多人对超对称有着兴趣。有人曾经提出过一种假设,倘若存在一个具有负能的粒子,
它是任何粒子都具有的一种对称性的粒子(不要和超对称混淆),但是它的形式和正能粒子
不同,我们熟知的正能粒子应当遵守热力学第二定律,然而由于这种负能粒子的特殊形式,
它应当从低势能的形式走到高势能的形式,其动能消耗的越多,粒子的势能也就越大。要注
意的是,在这个假设中,引力子由于是负能量的媒介子,它不具有这种对称的粒子,这样引
力子就会产生一定的真空能,而其他粒子就与真空能抵消了。
发表于 2018-2-27 11:51:53 | 显示全部楼层
看帖回帖是美德!楼主辛苦了
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