反引力是暗能量的替代品

康曼

当科学家在1998年发现宇宙正以加速中的速率膨胀时，暗能量能解释这种观测结果的可能性引发了关注。但在理解暗能量实际上是什么时，却没有多大进展，因此对某些科学家来说，这个想法反到成了一种问题而非解答。意大利INAF的物理学家马萨莫·瓦莱塔表示，这个概念对标准宇宙论而言是一种特例元素，并且缺乏任何物理意义。瓦莱塔是寻求宇宙加速扩张新解释的众多科学家之一，那涉及反引力的某些形态。

“宇宙空洞在观测上众所周知，而且在我们宇宙的组成中构成了最庞大的结构，”瓦莱塔表示：“但问题在于，它们是否真是空的？还是包含了具有反引力性质的反物质？”瓦莱塔指出，反物质可能藏匿在这些广大的空洞中，因相互排斥而与物质分开。如同他先前的解释，物质与反物质问的斥力是广义相对论的预测之一。在这种情况下，物质具有正重荷，而反物质则有假想的负重荷。结果，物质与反物质在重力上都是自我吸引而非排斥。事实上，物质与反物质之间的斥力可能相当强大，瓦莱塔算出，那可能是宇宙加速膨胀的原因，且排除暗能量与可能的暗物质的需求。

这种形态的反引力甚至在理论上都能解释某些连暗能量也无法解释的观测。最近，科学家观测到一种异常的“局部层”，是包括银河系及其他附近星系的宇宙部分。这一局部层的速度和宇宙其他部分明显不同。天文学家已确认三种造就局部层速度的分量：一是由于众所周知的、来自邻近稠密的处女座星系团的吸力；第二种分量被认为是由于半人马座星系团的吸引力；而第三种分量则是所谓的局部速度异常。

瓦莱塔说，第三种和前两种吸引力明显不同，很可能是反引力。据他推测，在某个巨洞中存在一种合理的反物质，由于互斥的万有引力作用，造成了局部速度异常。

在这种方式下，反物质的表现就像我们周围的暗能量。在宏观尺度上，众多反物质空洞能驱使宇宙的扩张而不需要暗能量，甚至可能也不需要大爆炸（这意味着循环的宇宙）。这一新理论还暗示了，我们的宇宙具有等量的物质和反物质，正像标准宇宙模型所预期的那样。对瓦莱塔而言，这些结果使得反引力成为诱人的暗能量替代品。

“暗能量被认为均匀地弥漫，故它能在形式上，而非物理上解释整体的加速。”瓦莱塔表示，“但它既不能解释局部层上的强烈排斥效应，也不能解释局部空洞的极端虚无，以及我们外星系邻近地区的数种其他特性。而提出在局部巨洞中存在反物质的暗斥力，解释了所有这些情况。并且从整体上讲，隐藏在全部宇宙巨洞中的反物质，也解释了整个宇宙的加速膨胀以及其他宇宙特征，不需要暗能量，也不需要各种离奇的大爆炸之初。”

瓦莱塔希望这些想法能够经由实验来检验，虽然这样的检验会很困难。

瓦莱塔说：“原则上，如果我们有一套良好的、位于空洞之后的3D星系星团测绘，那么要分析在视线周围的它们是否受到挤压则会相对容易。这样的挤压意味着它们与介于中间的空洞里，拥有大量的反物质。”这里还有另一种并发的效应，即径向上强烈扭曲星系的分布，从而影响了红位移的测量。所以那非常难以区别：一个因为这种效应而被严重伸展的星系团是否会更进一步被反重力透镜所稀释。

在过去几年间，CERN的物理学家德拉根·哈杜科维克一直在研究他认为宇宙中被广泛忽视的部分：量子真空。他提出，量子真空中有一种万有引力荷，来源于虚粒子和虚反粒子之间的引力互斥。之前，他在理论上证明，这种反引力能解释数种观测，包括通常归因于暗物质的那些效应。此外，这一理论还暗示我们生活在一个无须大爆炸的循环宇宙中，并帮助人们进一步了解黑洞的性质，判断中微子物质。他的最新论文证明，量子真空能解释宇宙加速中的膨胀，而不需要暗能量。

“60余年前，量子真空就已在理论上被预测出来，”德拉根表示，“今日，这里有显著的实验性证据指出，量子真空确实存在。我已决定要把一件事实（量子真空）与一项假说（反粒子的负重荷）结合起来，并研究结果……结果令人惊讶；在增添了‘物质与反物质问之重力反斥的量子真空框架下，有解释（宇宙加速膨胀）的可能性。”