研究稱暗能量或不存在 宇宙并未加速膨脹

暗能量是一種假想中存在的神秘能量，科學家們認為它正推動我們所在的宇宙加速膨脹。而近日一項由美國佐治亞大學教授愛德華·基普里奧斯(EdwardKipreos)開展的研究則提出，人們看待時間膨脹的方式將會提供一種不同的暗能量解釋。所謂時間膨脹是一種由愛因斯坦預言的時間減慢效應。

在去年大熱的好萊塢科幻大片《星際穿越》中，一個科學家小組穿越空間中的蟲洞去尋找可供居住的新的行星。其中提到的一項細節便是說科學家們必須考慮時間膨脹效應：在那顆遙遠星球上采集數據時花費的1小時就相當于地球上的7年時間。

愛因斯坦的廣義相對論指出，重力作用下的時間膨脹效應具有方向性，即位于強重力場中的物體相較于位于較低重力場中的物體將體驗到更慢的時間。與之相對的，愛因斯坦的狹義相對論則描述了兩個運動中的物體之間的所謂“相互時間膨脹”效應，即兩個運動中的物體相互之間都能感受到時間的減慢。

而根據一份新發表的論文指出，運動導致的時間膨脹可能并非“相互的”，而是有方向性的，即只有那個運動中的物體會感受到時間膨脹。這篇論文題為《絕對同步理論在宇宙學以及宇宙加速中的意義》，刊載于2014年12月23日出版的《pLOSONE》雜志上。

作為一名分子遺傳學家，其實驗室的主攻方向是細胞循環，但基普里奧斯在數年前開始對宇宙學以及相對論理論產生了濃厚的興趣。他指出，這種現象可以借助全球定位系統的工作模式很容易地去加以理解。他說：“GpS衛星在自由參照系中運行，其速度相對地球而言足夠快，因此必須考慮對其時間減慢效應進行修正。如果我們不去對這種效應進行修正，那么它每天都會產生大約2公里左右尺度上的偏差。”

在這里簡單的案例中，GpS衛星向地面發出時間信號，同時與地球上的時間進行比對，并測定這一時刻兩者之間的距離。所有這些修正都必須基于狹義相對論以及洛倫茲變換來進行，后者是一種數學方法，用于描述兩名進行時空觀測的觀測者之間的相互關系。

基普里奧斯表示：“狹義相對論是相對性的，在其中相對的雙方都會感受到時間膨脹效應，但所有我們所擁有的案例實際上都可以解讀為有向的時間膨脹。如果你觀察GpS衛星，你會發現這些衛星上的時間減慢了，但從GpS衛星的角度來看，我們的時間并未減慢——而這正是相對性下會出現的情況。與此相反，我們的時間相對衛星而言變得更快了，而我們之所以知曉這一點是因為我們與衛星之間存在著實時的通訊聯系。”

這里提出的一項新的理論，即所謂“絕對洛倫茲變換”，描述的是有向的時間膨脹效應。基基普里奧斯發現這一理論與現有觀測證據相兼容，前提是相對于有向時間膨脹發生的參照系，其所采用的“理想參照系”與質心相關聯。在地球附近，這一“理想參照系”應為“以地球為中心的非轉動慣性系”，這也是當前被用于GpS衛星時間膨脹效應計算的參照系。

基普里奧斯表示：“將嚴格的絕對洛倫茲變換應用于宇宙學數據分析將具有重要意義，尤其是在對暗能量的研究方面。”

隨著宇宙膨脹，包括星系等在內的天體之間正加速相互遠離，這一效應被稱為“哈勃膨脹”。而絕對洛倫茲變換表明速度的增加會引發有向的時間膨脹。將這一關系套用到哈勃膨脹現象中，將會發現當前相比過去存在時間膨脹。也就是說當前我們感受到的時間流逝要比過去更快。

強度相同的超新星常常被用作測量遙遠距離的宇宙“標準燭光”。距離地球相對較近的超新星，其距離與視亮度之間都存在著很好的相關關系。然而在1998年至1999年，對遙遠距離上超新星的觀察意外地發現其亮度要低于理論值，暗示宇宙正在加速膨脹。

基普里奧斯表示：“宇宙的這種加速膨脹一直都被歸因于暗能量的作用。然而我們迄今對于暗能量的本質以及為何它在后來才開始發揮作用卻仍然一無所知。而如果采用絕對洛倫茲變換的新觀點，就會發現現在與過去在時間流逝上存在的差異將可以產生相似的效應，因此實際上宇宙的膨脹可能并未出現加速。如果情況的確如此，那么或許所謂的暗能量根本就不存在。”