宇宙膨胀或源于反物质而非暗能量

2011-4-20 09:33 来源: 中国科学院
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  自20世纪开始,天文学家普遍认为,宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度不断加快。现有被科学界广泛接受的模型认为,造成这种加速膨胀的推动力是神秘莫测的、占据宇宙能量密度73%的暗能量。但据美国物理学家组织网4月18日报道,意大利科学家最近指出,宇宙膨胀可能源于物质和反物质之间的关系,物质和反物质间重力相互排斥创造出的“反重力”才是造成宇宙加速膨胀的“幕后推手”。

  意大利托里诺天文台的科学家玛西莫·维拉塔用两个重要的假设开始了这项研究。首先,他假设物质与反物质的质量和能量密度都为正值。一般而言,粒子的重力仅由其质量决定,质量为正值表明该粒子的重力将会吸引其他粒子。根据维拉塔的假设,这种情况对反粒子也同样适用。于是,在重力的影响下,粒子之间和反粒子之间分别会形成引力。那么粒子和反粒子之间存在什么力呢?

  为了解决这个问题,维拉塔引入了第二个假设——广义相对论是CPT(电荷—宇称—时间)守恒。这意味着,统治时空中普通场内普通物质粒子的法则同样适用于其他情境。也就是把粒子(电荷C)、左与右(宇称P)、过去与未来(时间T)反转,让其成为自己的“反物质”,这些法则也适用。当你将一个粒子或者该粒子所在场的电荷、宇称和时间的相对论等式进行颠倒,在重力方面的结果是符号出现了变化,这意味着,物质和反物质之间存在所谓的反重力。

  维拉塔引用苹果“砸中”牛顿的头部这个奇特有趣的例子进行了说明。维拉塔说,如果一个反苹果砸在一个反地球上,这两者会相互吸引,反苹果会砸在反牛顿的头部,然而,反苹果不可能落在我们居住的地球上,因为这个地球上都是我们常见的物质。相反,因为重力符号出现的变化,反苹果会远离地球。换句话说,如果广义相对论是CPT守恒,那么,反重力将导致粒子和反粒子之间相互排斥,维拉塔表示,从更大规模上来说,物质和反物质之间强大的排斥力使宇宙不断膨胀。

  维拉塔认为,反物质和物质之间相隔遥远,反物质隐藏在星系团之间广袤无垠的空白处。科学家认为,这些空白处源于原生密度场内微小的负波动,而且,这些地方似乎确实存在着某种反重力,排斥所有远离它们的物质。当然,至于天文学家为何迄今仍没有在这些空白处看到任何反物质还是一个未解之谜。用维拉塔的话来说就是,“可能不止一个答案”。该研究发表在本月出版的《欧洲物理快报》上。