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传统上，天放学循序模子以为六合是从一次大爆炸运行的，接着是捏续的膨大和冷却。关联词，最近一项新盘考发现，基于一种精巧的数学妙技，咱们可以“缩放”六合，膨大可能只是一种幻觉。这个方针能否经得起推敲呢？
撰文 | Ethan Siegel翻译 | 刘航图片赔率 体育博彩
图源: geralt/pixabay回溯20世纪20年代，有两个并行发展的盘考为咱们对六合的当代分解铺平了说念路。在表面方面，如果谨守广义相对论，咱们能推出一个被物资和能量均匀填充的六合，它将不会是静态和镇静的，要么膨大要么坍缩。在不雅测方面，咱们运行能不雅测到银河系除外的星系，并可以笃信（平均而言）它们离咱们越远，相对于咱们的远隔速率就越快。肤浅地将表面与不雅测荟萃，膨大的六合的主意降生了，并与咱们相伴于今。咱们的天放学循序模子——包括六合大爆炸、六合暴胀、六合结构的形成以及暗物资和暗能量——皆诱导在膨大的六合模子基础之上。可是，膨大的六合是否是总计必要的，是否还有其他可能？最近，一篇道理的新论文[1]引起了一些顺心，表面物理学家卢卡斯·隆布里瑟（Lucas Lombriser）以为，通过对广义相对论的方程进行一些变换，可以使六合的膨大“灭绝”。在他的遐想中，不雅测到的六合膨大只是是一种幻觉。可是，这是否与咱们已知的科学相符？图片
在真空中，总计后光，不管其波长或能量怎样，皆以疏通的速率传播：即真空中的光速。当咱们不雅察来自迢遥恒星的后光时，咱们所看到的后光现实上曾经完成了从光源到不雅测者的旅程。图源：Lucas Vieira/Wikimedia Commons
物理学的等效随机咱们能意志到，对消除表象会存在多种不同的分解阵势。如果两种阵势在物理上是等效的，那么咱们就知说念它们之间并莫得区别，弃取哪种阵势只是是个东说念主偏好问题。
以光学为例，你可以将光描述为波（如惠更斯所作念）或射线（如牛顿所作念），在大巨额实验情况下，这两种描述会得出疏通的运筹帷幄。
在量子物理学界限，量子算符作用于量子波函数，你可以弃取用波函数描述粒子，使其演化，而量子算符保捏不变；或者你可以保捏粒子的波函数不变，而让量子算符进行演化。
或者，就像在爱因斯坦的相对论中庸俗出现的情况一样，遐想两位分别领随机钟的不雅察者：一位在大地上，一位在迁徙的火车上。可以用两种不同的视角来等价地描述这一表象：让大地处于“静止”情景，火车上的不雅察者在领略中资格时分膨大和长度收缩的效应；亦或是令火车处于“静止”情景，大地上的不雅察者资格时分膨大和长度收缩的效应。正如“相对”一词所示意的，如果这些情景相互之间给出疏通的运筹帷幄，那么其中任何一个皆与另一个等效。图片
皇冠官方现金网钱提不出来了账户被冻结由爱因斯坦创立的相对论（在爱因斯坦之前，洛伦兹、斐兹杰惹（George Francis FitzGerald）等东说念主曾经推导出近似的数学抒发式）的鼎新性不雅点是，快速领略的物体在空间中看起来会收缩，而时分会膨大。你相对于静止的不雅察者领略得越快，你的长度看起来就会收缩得更大，而对于外部天下来说，时分看起来则会更膨大。对于站在大地上的不雅察者来说，火车会收缩，而火车里面的时分会膨大；对于火车上的不雅察者来说，外部天下会资格长度收缩和时分膨大。图源：C. Renshaw, IEEE, 1996
足球明星王五一场中表现令人失望，多次失误导致输掉。尽管如此，王五依然受到支持鼓励。据悉，已经决定下一场中全力以赴，希望能够赢得胜利。相对论中的后一种情景，示意数学家常用的坐标变换可能给咱们带来一些启发。咱们可能比较风尚用大致400年前勒内·笛卡尔的阵势来酌量坐标：标的/维度相互垂直，坐标轴具有疏通的圭臬，即咱们皆学过的笛卡尔坐标系。但笛卡尔坐标并不是惟一好用的坐标系。比如，治理具有轴对称性的物体，咱们可能更可爱使用柱坐标；治理对于中心点对称的物体，使用球坐标可能更合理。如果要治理的不单是空间，而是时空——其中“时分”维度在本体上与“空间”维度有着根底不同的行径——那么使用双曲坐标来将空间和时分关连起来会愈加便捷。坐标关节的伟大之处在于：它们只是是一种弃取。只消你不改革系统背后的基本物理道理，你完全可以解放地弃取任何你可爱的坐标系来描述六合中的任何事物。图片
一朝高出形成黑洞的临界点，事件视界内的一切皆会被挤压成一个奇点，至多是一维的。莫得三维结构八成完好意思幸存。关联词，一个道理的坐标变换标明，黑洞里面的每一个点皆与外部的一个点逐一双应，这激发了数学上道理的可能性，即每个黑洞的里面滋长出一个小六合。图源：vchalup / Adobe Stock
再行界说坐标：“逆”膨大六合有一种不言而喻的关节可以尝试诈欺于膨大的六合。传统上，咱们崇拜到约束系统（如原子核、原子、分子、行星，致使恒星系统和星系）中的距离随时分不变；咱们可以将它们行为“标尺”，在职何给定时刻皆可以很好地测量距离。当咱们将其诈欺于通盘六合时，由于咱们看到远方（非约束的）星系相互远隔，咱们得出论断——六合正在膨大，并试图找到膨大速率随时分变化的关系。那么，为什么不逆向想维，将这些坐标再行界说一下：保捏六合中（非约束的）星系之间的距离固定，而让咱们的“标尺”和其他约束结构跟着时分而减弱呢？这种弃取看起来似乎有些粗率，但在科学中，咱们通过改革看待问题的阵势，反而能揭示出在原视角中不明显的一些特征，它们可能在新视角中变得了了起来。再行界说坐标的关节让咱们充满期待——这恰是隆布里瑟在他的新论文中所探讨的。选拔这种逆向的视角，对于那些最大的谜题，咱们将会得出什么样的论断呢？图片
这是一段按六合的膨大比例减弱、中等分辨率的模拟六合结构形成的片断，贯通了富含暗物资的六合数十亿年的引力增长。值得顺心的是，在丝状结构交叉处，丝状物资和丰富的星系团主淌若由暗物财富生的；平时物资只起很小的作用。跟着模拟范围越大，更小圭臬的结构本体上会被低估或“平滑化”得更严重。图源：Ralf Kaehler and Tom Abel (KIPAC)/Oliver Hahn
皇冠篮球90比分与传统的天放学不雅点不同，咱们可以将六合再行构建为静态且非膨大的，相应的代价是：质料、长度和时分圭臬，皆会发生改革和演化。因为咱们的指标是保捏六合的结构恒定，是以不成有膨大、障碍的空间（其中含有陆续增长的密度不均匀性），因此这些演化效应需要对应到其他地点。质料圭臬将不得不随时空的演化而演变，距离圭臬和时分圭臬也将如斯。它们必须以精准的阵势共同演化，以便在将其荟萃起来描述六合时，它们能组成循序解释的“逆”。还有一种关节是同期保捏六合的结构恒定，以及质料圭臬、长度圭臬和时分圭臬，但代价是六合的基本常数以某种阵势共同演化，这么才气将六合的总计动态皆“编码”在它们之上。你可能会试图反对上述两种表述，因为咱们的传统不雅点更得当直观。但正如咱们之前提到的，如果数学是疏通的，且任何不雅点的运筹帷幄之间莫得可不雅测的互异，那么尝试将它们诈欺于六合时，它们皆具有疏通的灵验性。不膨大的六合什么样？想要解释六合中的红移么？在这个新的图像中，可以用一种不同的阵势来解释。在循序的图像中：
皇冠客服飞机：@seo3687原子资格原子跃迁；
开释出具有特定波长的光子；
该光子穿过膨大的六合，在路径中发生红移；
报道称，对于该事件，台“海巡署”成功舰（CG-602）在旁“戒护”并广播告知该船进行海上研究作业，但日舰广播称该处为日本专属经济区，研究船未经批准活动。
当不雅察者招揽到它时，它的波长比不雅察者实验室中的疏通原子跃迁的波长要长。图片
铁原子中有许多能级，也有不同的电子跃迁弃取礼貌。尽管许巨额子系统可以通过抑制以驱散高效的能量传递，但在生物系统中还莫得以相通阵势运作的例子。图源：Daniel Carlos Leite Dias Andrade et al., Conference: 25º CSBMM – Congresso da Sociedade Brasileira de Microscopia e Microanálise, 2015
在实验室，咱们惟一可以进行的不雅测是：测量招揽到的光子的不雅测波长，并将其与实验室光子的波前途行比较。这个经由中有可能发生电子质料的演变，普朗克常数 (ℏ) 的演变，以及（无量纲的）精致结构常数（或其他常数的组合）的演变。咱们测量的远方光子的红移，可能是由于多种不同要素导致的，而这些要素之间无法差异。值得崇拜的是，适应地扩展，这些多重的要素也将会给引力波带来疏通类型的红移。图片
当气球充气时，粘在其名义的硬币看起来相互远隔，“距离更远”的硬币比距离较近的硬币远隔得更快。任何后光皆会发生红移，与气球的膨大近似，光的波长会被“拉伸”到更大的值。这个图像很好地解释了六合的红移。图源：E. Siegel/Beyond the Galaxy
相通地，咱们可以再行构建六合中结构的增长阵势。庸俗，在循序图像中，咱们从一个稍许过密的空间区域运行，这个区域的密度略高于六合平均密度。然后跟着时分的推移：
这个区域的引力扰动比较周围的区域会诱骗更多的物资；
导致该区域的空间膨大速率比六合平均膨大速率要慢；
跟着密度的增长，最终会越过阈值，激发引力约束的要求；
这块区域运行引力收缩，并形成六合结构的一部分，如恒星团、星系，致使更大的星系群。与其跟踪六合过密区域的演化（某种好奇上跟踪密度场的演化），咱们也可以酌量替换为质料圭臬、距离圭臬和时分圭臬的组合演化。近似地，也可以弃取酌量普朗克常数、光速和引力常数的演化。咱们所看到的“陆续增长的六合结构”可能不是六合的增长效果，而是这些参数在根底上跟着时分发生变化，使得可不雅测量（如结构和其不雅测尺寸）保捏不变。图片
www.wohqi.com典型的或“普通”过密区域将逐渐形成丰富的结构，而密度较低的“Void”区域则结构较少。关联词，早期的小圭臬结构主要由密度最高的区域（在此记号为“Rarepeak”）主导，这些区域增长最快，唯独在最高分辨率的模拟中才气不雅测到细节。图源：J. McCaffrey et al., Open Journal of Astrophysics (submitted), 2023
韧性如果遴选这种关节，不管看起来何等不当然，咱们皆可以尝试再行解释咱们的六合中一些目下无法解释的特征。举例“六合常数”的问题，由于某种原因，六合似乎给空间充满了固有的恒定能量密度的场：这种能量密度不会跟着六合膨大而稀释或改革。这个问题在很久过去并不迫切，但目下很迫切，因为物资密度曾经稀释到某个临界阈值以下。咱们不知说念为什么空间具有这种非零能量密度，也不知说念为什么它呈现出与咱们不雅测到的暗能量一致的值。在循序图像中，这是一个无法解释的谜团。关联词，在这种再行构造的关节中，如果质料圭臬和距离圭臬按照新的构造进行变化，六合常数的值与普朗克长度的平方的倒数之间存在关系。况兼，普朗克长度跟着六合的演化而变化，它的演化是从不雅察者的角度：咱们目下不雅察到的值恰是这一时刻的不雅测值。如果时分、质料和长度皆共同演化，那么天放学中所谓的“正好问题”就被摈斥了。任何不雅察者会不雅察到他们“当下”的灵验六合常数，这是迫切的，因为他们的“目下”这个时刻正跟着六合时分陆续演化。图片
光子辐射密度（红色）、中微子密度（玄色虚线）、物资密度（蓝色）和暗能量密度（点线）随时分变化的示意图。几年前建议的一种新的模子中，暗能量被替换为图中的玄色实线，该弧线在不雅测上与咱们假定的暗能量目下是不可差异。松手2023年，处于膨大六合中的暗能量在情景方程中可以与“常数”收支约7％；更多的互异受到数据的严格步骤。图源：F. Simpson et al., Physics of the Dark Universe, 2018
在这种情况下，他们可以将暗物资再行解释为粒子质料在早期以敛迹阵势增多的几何效应。他们也可以将暗能量再行解释为粒子质料在晚期以发散阵势增多的几何效应。令东说念主欣喜的是，再行解释暗物资的不同关节——其中六合膨大被再行解释为，轴子标量场（行为已知暗物资候选粒子）与场相互作用的效果。轴子标量场与其他场的耦合引入了 CP 大意——这是在咱们的六合中产生物资-反物资分歧称性的重要要素之一。现实的“幻觉”用这种阵势想考问题会带来许多道理的潜在论断，在早期的“沙盒”阶段，咱们不应该辞让任何东说念主进行这种类型的数学探索。有朝一日，这么的方针可能成为超越目下公认的天放学循序模子的表面基础的一部分。关联词，即使这在纯广义相对论视角下是道理的，大巨额当代天放学家也不会费神酌量这些问题。因为就算是去实验不雅察并证实这些再行构造在六合圭臬是可以禁受的，它也与咱们在地球上曾经不雅察到的东西完全矛盾。图片
氢原子形成时，电子和质子的自旋平行和反平行有同等的概率。如果它们是反平行的，就不会发生进一步的跃迁，但如果它们是平行的，它们可以通过量子简单参加较顽劣态，在相等长的时分圭臬放射出特定波长的光子。这种跃迁测量的精准性已能达到万亿分之一，且在数十年内保捏不变，这就步骤了普朗克常数、光速、电子质料及它们的组合。图源：Tiltec/Wikimedia Commons
举例，酌量以下不雅点：基本粒子性质，举例质料、电荷、长度或寿命发生变化，或者基本常数，举例光速、普朗克常数或引力常数发生变化。咱们的六合，从可不雅测的角度来看，唯独138亿年的历史。咱们在实验室里对量子系统进行了几十年的高精度测量，最精密的测量效果贯通电子磁矩的精度达十万亿分之1.3[2]。如果粒子性质或基本常数发生了变化，那么咱们的实验室测量效果也会发生变化。而把柄卢卡斯·隆布里瑟等东说念主再行构造的表面，自2009年以来的约14年时分里，咱们应该能从这些精准测量中不雅测到数千倍于咱们最精致测量精度的变化：约为十亿分之一的互异。
太平洋在线注册电子的磁矩在2007年和2022年皆经过极高精度的测量，它们之间的变化少于十万亿分之一（早期测量精度的极限），这标明了精致结构常数并未发生变化。
沙巴娱乐城氢原子的自旋翻转跃迁导致了一个精准波长为21.10611405416厘米的射线，其不笃信度仅为万亿分之1.4，况兼自1951岁首度不雅察以来莫得发生变化。跟着时分的推移，物理学家对其进行了更精准地测量，这标明普朗克常数并未发生变化。
而厄缶实验（Eötvös experiment），用于测量惯性质料（不受引力常数影响）和重力质料（受影响）之间的等效性，松手2017年曾经贯通这两种“类型”的质料等效性相等权贵，达到了一万亿分之一。图片
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等效道理以为，六合中重力加快度与任何其他力形成的加快度之间不应该有任何互异。其中一个取决于引力常数而另一个则不取决于引力常数，平等效道理最精准的测试是由MICROSCOPE卫星完成的，其精准度达到了10的负15次方，这是一种料理引力常数随时分变化的关节。图源：APS/Carin Cain
按照循序不雅点盘考六合的一个权贵特征是：一语气通盘六合的历史，总计在地球上适用的物理定律相通适用于六合中的任何位置和时刻。一个在地球上失败的天放学不雅点，远不如一个在总计物理系统皆能告捷适用的不雅点道理。传统的膨大的六合不雅点与地球上的物理学相符，而另一个替代不雅点在描述更大的六合时弘扬细密但在地球上失败，那么咱们并不成说膨大的六合是一个幻觉。毕竟，地球上的物理学对咱们来说是最实在、能进行最精准测量和严格稳健的锚点。这并不是说发表这种算计探索性盘考的期刊——比如《经典和量子引力》（Classical and Quantum Gravity）、《高能物理学杂志》（Journal of High Energy Physics）或《天放学与六合粒子物理学杂志》（Journal of High Energy Physics）等——不具有声誉和高质料；现实上它们瑕瑜常有声望的。它们是特定界限的专科期刊——比起对实验的分析和分解，它们对（六合）早期的表面探索更感兴味。不管怎样，请不绝探索循序天放学（和粒子物理学）的现实替代决策。但不要假装毁灭总计的现实是一个可行的弃取。在这里，惟一的“幻觉”是咱们不雅察到、测量到的现实，在分解咱们的六合时，这瑕瑜常迫切的。参考文件
[1] Lucas Lombriser 2023 Class. Quantum Grav. 40 155005, DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6382/acdb41[2] Phys. Rev. Lett. 130, 071801 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.071801作者简介图片
Ethan Siegel，天体物理学家、作者和科学传播者，素养物理学和天文体。自2008年以来，其博客“从大爆炸运行”(Starts With A Bang!)获得了许多科学写稿奖，包括英国物理盘考会颁发的最好科学博客奖。著有Treknology：The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive，Beyond the Galaxy等。
本文译自Ethan Siegel, Could the expanding Universe truly be a mirage? 原文地址：https://bigthink.com/starts-with-a-bang/expanding-universe-mirage/，经作者授权刊发于《返朴》。
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