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现代物理学对于暗物质、暗能量的质疑

中国科技大学物理学教授李淼说过:“有多少个暗能量的学者，就能想像出多少种暗能量”

据新华社电通过对遥远星系团发出的X射线进行观测和分析，欧洲航天局科学家最近得出了与暗能量理论不符的结果.不过专家指出，新结果是否意味着人们一直探讨的宇宙暗能量“或许并不存在”，仍需更多的观测研究来证明.爱因斯坦的广义相对论做出过暗能量的假设.据推测，不可见的暗能量可能占据了宇宙质量的大部分，能够产生与引力相反的排斥力，这也许可以解释为什么宇宙会出现加速膨胀现象.关于暗能量理论目前仍有争论.一些科学家认为，要验证暗能量是否存在，办法之一是比较各星系团中炽热气体的比例.星系团由成百上千个星系组合而成，其半径达数百万光年.星系团的特点之一是其中有大量炽热气体，温度在1000万到1亿摄氏度之间.欧洲航天局的XMM牛顿天文望远镜最近捕捉到了古老的遥远星系团发出的X射线.科学家对此进行分析后得出了这些古老星系团中炽热气体所占的比例.他们将这些数据与距地球最近也就是最年轻的星系团中炽热气体所占比例进行了比较，结果发现二者没有差别.科学家称，新获得的观测结果表明，炽热气体比例在古老星系团和年轻星系团中都是一样的.他们认为，只有假设宇宙中没有暗能量才能解释这一现象.

1981年，伊丽萨白·A·劳舍尔博士解决了纯粹想象时—空中的麦克斯维尔公式.该结果表明该解决方案是全solitons的〔非弥散波；海浪是这样的例子〕.在超球面中，一个复杂的〔具有涉及-1平方根〕超球面是允许的，因为它能够解释子粒子对称性的根源〔复杂球面的振动造成了它〕.数年前在AAAS会议上我了解到，如果电磁soliton能够发射到宇宙空间中，它将破坏其对称性并造成物质.黑格斯〔Higgs〕粒子破坏对称性而创造夸克〔quarks〕.一个电磁soliton将破坏对称性；因此，看来我们具有描述在想象中的超球面中如何通过挠乱创造物质的数学工具.此外，是否可能由于想象中的〔相〕宇宙的超球面的振动造成了重力本身？

中国科学院资深院士沈致远说过：“我有一种预感，但也不敢肯定，就是天文学的两暗与以前的两云很相像，很可能最后出来的东西不是暗能量.所以两暗的问题很有挑战性.”美国著名物理学家斯莫林最近写了一本新书《物理学的困惑》（中译本），他对弦论、暗物质和暗能量理论所持的批判态度以及物理学需要第二个爱因斯坦的呼吁，是令人深思的.早在1943年英国物理学家阿瑟·米恩已经证明，利用牛顿引力理论可以很简单地导出弗里德曼方程，而弗里德曼方程就是现代标准宇宙学的基本方程.参考俞允强先生的《大爆炸宇宙学》第16页.现有宇宙学中许多结果，包括暗物质和暗能量的推论，以及宇宙学中所有的奇谈怪论，都是在弗里德曼方程基础上导出的.罗伯逊-沃克度规导致膨胀宇宙中天体发出光的运动速度满足伽利略相加规则，违背光速与光源运动状态无关这一现代物理学基本规则，破坏光速不变原理.因此罗伯逊—沃克度规描述的实际上是牛顿力学意义上的时空结构，不是现代物理学相对论意义上的时空结构.其次是用了静态能量动量张量.然而地球观察者与膨胀宇宙的物质之间存在相对运动速度，描述膨胀宇宙必须采用动态能量动量张量，不应当用静态的能量动量张量.如果采用满足相对论光速不变的度规和动态能量动量张量，在爱因斯坦引力场方程基础上就得不到现有的弗里德曼方程.

1.标准宇宙学采用罗伯逊-沃克度规作为基本时空框架.但该度规导致膨胀宇宙中天体发出光的运动速度满足伽利略相加规则，违背光速与光源运动状态无关这一现代物理学基本规则（破坏光速不变原理）.（地球表面实验证明光速不变，这是相对论最基本的原则.宇宙空间中引力场强度很小，仅是地球表面引力场强度的10-10，更应当遵守光速不变的原则）.因此罗伯逊—沃克度规描述的实际上是牛顿力学意义上的时空结构，不是现代物理学相对论意义上的时空结构.

2.现有宇宙学运动方程采用静态能量动量张量.但由于地球观察者与膨胀宇宙的物质之间存在相对运动速度，描述膨胀宇宙必须采用动态能量动量张量.宇宙学运动方程中采用动态能量动量张量，就得不到存在暗能量和宇宙加速膨胀的推论.

3．米恩在1943年就指出，采用牛顿引力理论也可以导出宇宙学运动方程，其形式与现有标准宇宙学理论的弗里德曼方程完全一样.也就是说现有宇宙学运动方程不含相对论的修正因素，实际上只是牛顿力学意义上的运动方程.因此可以非常有把握地说，建立在罗伯逊—沃克度规和静态能量动量张量基础上，现有标准宇宙学的运动方程仅是牛顿力学意义上的运动方程，它仅适合于描述膨胀速度大大小于光速情况下的静态宇宙过程.这也是在许多情况下，现有标准宇宙学理论能与实际天文观察相一致的原因.但它不适用于描述高速膨胀情况下动态的宇宙过程.对于宇宙膨胀速度较大的情况，比如位于宇宙学距离上的超新星红移问题，现有宇宙学理论的推论是靠不住的，宇宙学中所谓存在暗能量和宇宙加速膨胀的论断是不可能的.

附录1：英国最新研究称暗物质和暗能量或不存在

2010-06-1810:10:57　来源:网易探索

英国天文学家的最新研究却发现，据以确定宇宙物质组成的标准宇宙模型可能是错误的，暗物质和暗能量也许根本就不存在.网易探索6月18日报道神秘的暗物质和暗能量的确切性质，一直是天文学界争论的焦点.然而英国天文学家的最新研究却发现，据以确定宇宙物质组成的标准宇宙模型可能是错误的，暗物质和暗能量也许根本就不存在.自上个世纪60年代宇宙微波背景辐射被发现后，作为“大爆炸”的遗迹，其被众多天文学家作为构建标准宇宙模型的基础，而关于宇宙物质构成的确认也主要依据宇宙微波背景辐射图谱的分析.2001年6月美国宇航局(NASA)发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)，该探测器在宇宙学参量的测量上提供了许多比早先仪器更准确的数值，依据它提供的数据，宇宙是在不断加速膨胀的.科学家据此提出是暗能量、暗物质的存在导致了宇宙的加速膨胀.认定宇宙是由4%的“正常”物质，如行星、恒星、小行星和气体等、22%的即不辐射也不吸收光线的暗物质和74%的暗能量组成.而英国达勒姆大学的汤姆·尚克斯教授和他的学生尤坦恩·萨万维特在向英国皇家天文学会提交的最新研究报告中却称，他们对WMAP望远镜的图像平滑方式进行了更为细致的分析，结果发现，图像的平滑处理程度远比以前认为的要大，这意味着对宇宙微波背景辐射的测量并不像过去认为的那样准确，实际的微波背景辐射起伏远比过去认为的要小得多，而目前据此建立的的宇宙标准模型可能是错误的，暗物质和暗能量也许根本不存在.英国皇家天文学会的罗伯特·梅西博士称，这一发现对目前流行的宇宙假说是一个极大的挑战，如果真的如此，则意味着宇宙膨胀的速度正在减缓，并会慢慢停止.对于宇宙的产生和未来发展的认识，都需要重新审视.

尚克斯教授则表示，宇宙微波背景辐射是一个十分有用的分析工具，但还不足以用来作为判定宇宙中暗物质和暗能量存在的充分证据.“如果我们的结果是正确的，那么关于暗物质和暗能量充斥宇宙的说法就不会再有说服力.”他指出，目前的宇宙标准模型需要经过更多的检验，希望正在服役的欧洲普朗克卫星会收集更多的宇宙微波背景数据，并提供更多关键信息以助科学家解答关于宇宙的一系列基础问题.

来源：科技日报

附录2：【英国《自然》：迄今同类研究中最广泛且最全面的未能搜寻到暗物质】据英国《自然》杂志网站4月19日报道，在迄今最大型的同类调查中，在太阳系周围彻底搜寻暗物质踪迹的宇宙学家们空手而归.科学家们认为，最新研究将颠覆传统的暗物质理论.

暗物质是一种假定中的不可见物质，据信其占据了宇宙总物质的80%.宇宙理论学家们认为，暗物质是宇宙中的隐形支架，其揭示了结构如何在宇宙中出现，解释了星系如何形成以及快速旋转的银河系为何没有分崩离析.

在最新研究中，智利康塞普松大学的克里斯蒂安·莫尼-比丁和同事使用欧洲南方天文台（ESO）2.2米的望远镜和其他三台望远镜，测量了太阳系周围一个有限空间内（一个15度的圆锥体，最远距离地球1.3万光年，在银河系展平圆盘的下方，为以前观察区域的四倍多）的400多颗恒星的运行图，原本预期能发现绕着太阳旋转的暗物质存在的证据，结果一无所获.

莫尼-比丁说：“我们得到的太阳周围区域恒星、尘埃与气体的总质量和观测到的结果非常吻合.但我们期待的暗物质却并没有现身，结果表明，那儿最多只存在理论预测的十分之一的暗物质.”如果暗物质的密度如此之低，那么，旨在直接探测暗物质粒子的巨大实验“注定会以失败告终”.

该文章目前已被美国《天体物理学报》杂志接受.澳大利亚斯威本科技大学的天文学家克里斯·弗林评论该文章时称：“我并不会立刻将暗物质扔弃.最新测量的很多方面可能导致他们将暗物质遗漏，即使暗物质就在那儿.”尽管如此，他仍然支持发表该文章.但也有研究人员对该研究方法和结论提出了质疑:普林斯顿大学高级研究所的天体物理学家斯科特·特里梅因表示，除非其他研究团队独立观察，得出同样令人不安的结论，才能证实该结果的正确性.

美国伦斯勒理工学院的天文学家海蒂·纽伯格强调称，最新测量由银河系平面附近的物质所支配，这一地方与银河系别处不同，可能主要由正常物质组成，这就使科学家们更难厘清这一区域可能存在哪些暗物质成分.她也怀疑“很多支持这一结论的常规假设的细节可能都是错误的”.她举例说，科学家们假设他们观测的星星群光滑地分布于该银河系平面的上下方，但如果这种分布凹凸不平，那么，计算出的暗物质的密度就是错误的.弗林也认为，莫尼-比丁团队使用的很多方法“可能都是错误的”.莫尼-比丁表示，他并不确定暗物质是否存在，但他们的调查是迄今同类研究中最广泛且最全面的，这一令人震惊的结论必须被慎重对待.“我无法解释我们所观察到的现象.”