修正广义相对论?宇宙学面临难题,到底是哪位错了?

然而,试图找到相对论的不普适性的人始终存在,这一次又有科学
【菜科解读】
从提出至今,爱因斯坦的广义相对论经历了科学家们的多次验证,每一次都通过了考验,证明了爱因斯坦的正确性。
然而,试图找到相对论的不普适性的人始终存在,这一次又有科学家提出了新的看法。
我们知道,广义相对论直到现在还可以完美地解释宇宙中的宏观天体物理学现象,尤其是太阳、黑洞乃至宇宙岛级别。
但正所谓鞭长莫及,在量子领域,广义相对论遭遇了滑铁卢,完全无法进行解释。
如今,在宇宙尺度下,也有人对这个理论提出了挑战。
虽然爱因斯坦本人不敢相信,但广义相对论已经从理论上证明了宇宙是在膨胀的。
而且,根据1998年的一项研究,我们的宇宙甚至还在加速膨胀。
这意味着这种膨胀并不仅仅来自于宇宙大爆炸,而是还有一种机制在提供膨胀的能量,这就是所谓的暗能量。
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这也符合量子理论的预测:即便是真空中,也充满了我们注意不到的能量。
人类的设备目前还只能观测能量的变化幅度,而不能确定其总量。
然而,根据目前对宇宙膨胀速度的观测,所需的暗能量似乎比量子理论预测的要少得多,这令科学家们有点困惑。
如果两个数字对不上号,是否说明暗能量本来不是导致宇宙膨胀的根源呢?如果真的是暗能量产生了斥力,为什么这种力比理论预测的要小很多呢?
除了暗能量之外,宇宙中还有一些人类无法观测到的机制,那就是暗物质。
和暗能量不同,暗物质能够产生引力,它是将宇宙岛的天体聚拢在一起的关键,但同样无法被人类观测到。
关于暗能量和暗物质,目前有一个宇宙学理论得到最多的认可,那就是Λ冷暗物质 LCDM模型。
根据该模型的猜测,我们的宇宙的总质能中有大约70%被暗能量占据,还有25%是暗物质,我们能够看见的一切可见物质本来仅占了5%左右。
根据天文学家近20年来的观测,数据也基本符合这个模型。
但是,这个看起来已经符合预期的理论,也遇到了麻烦,那就是宇宙的膨胀速度。
天文学上衡量宇宙膨胀速度有一个参数,叫哈勃常数,这个常数被提出了差不多100年,但没有人知道它具体是多少。
其中LCDM模型可以帮助天文学家进行测算,通过宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射,天文学家测出了哈勃常数的一个数值。
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天文学家还有一个更加简便的方法,那就是直接测量处于宇宙各个位置的天体和我们的距离,以及它们的退行速度,就可以算出哈勃常数的结果。
这两种方法看起来都是经过论证,没有问题的,但结果却并不相同,这意味着有一种方法存在着问题。
因此有人提出:或许LCDM模型并不准确,需要进行修正。
修正的方法有很多,其中一种就是对引力理论的修正。
换句话说,他们认为爱因斯坦的广义相对论或许存在着瑕疵。
因此,验证广义相对论的话题再一次被提出,也有更多科学家加入到这个行列中来。
朴茨茅斯大学宇宙学教授Kazuya Koyama和西蒙弗雷泽大学物理学教授Levon Pogosian等人在《自然-天文学》杂志上发表论文,介绍了他们的最新研究成果。
他们参考了大量的宇宙观测数据,测试广义相对论的准确性。
他们从三个方面对广义相对论进行了验证,区别是宇宙的膨胀、引力对光的影响以及引力对天体所产生的作用。
他们将三种验证手段结合起来,并利用一种名叫贝叶斯推断的统计学方法,在计算机中重建了宇宙的引力模型。
研究人员的数据来源非常广泛,包括欧洲航天局普朗克卫星的宇宙微波背景数据、超新星目录、美国的斯隆数字巡天 SDSS项目以及暗能量巡天 DES项目对遥远宇宙岛的形状和分布的观测等。
在建立模型之后,他们与现在基于爱因斯坦广义相对论的LCDM模型进行了比较。
没料到,他们还真的发现了一些特殊的情况,那就是计算机模型确实和LCDM模型有不同之处。
尽管统计学意义相对来说很低,但这也意味着LCDM模型以及爱因斯坦的广义相对论确实有很小的可能性是需要调整的,否则无法在大尺度下满足实际的天体物理学规律。
他们还注意到,仅仅通过对引力理论的修正,是不太可能解决哈勃常数面临的困境的,也就是还需要其他方面的调整。
研究人员指出,或许宇宙中还存在着其他的机制。
他们猜测,在宇宙大爆炸之后,由于温度太高,质子和电子无法结合为氢原子。
就在这段期间,可能存在着某种特殊的暗物质、暗能量或者原始磁场之类的机制。
当然,也可能是本次利用的数据中存在尚未被人类了解的系统误差,需要修正。
不管如何说,本次研究向世人证明,利用现有设备在宇宙学距离尺度下验证广义相对论是可行的。
尽管还没有解决哈勃常数的问题,但研究人员已经提出了新的方法,未来随着更多先进的观测设备的问世,或许就会有更加令人兴奋的研究成果出现。
总而言之,目前很多理论在现有的科学进展程度上是可行的,却未必绝对准确,哪怕是广义相对论。
当初牛顿力学被奉若神明,还不是被发现了不适用的情况?或许有一天,广义相对论也会被证明在某些方面存在问题,这对人类来说,将是一件好事。
约克大学考古学家在历史悠久的斯基普西遗址挖掘中世纪木材大厅
资料来源:uux.cn约克大学(神秘的地球uux.cn)据约克大学(萨曼莎·马丁):约克大学的一组考古学家返回东约克郡的斯基普西,挖掘诺曼城堡遗址附近发现的中世纪木材大厅的遗迹。
大约十年前,考古学家Jim Leary博士和Elaine Jamieson博士发现了一个直径85米、高13米的巨大土堆,它起源于铁器时代,这在当时的英国是独一无二的。
最初被认为是一座城堡,放射性碳年代测定表明,这个土堆存在于诺曼征服前1500年。
最近对周围地区的挖掘发现了一个很长的木材大厅,可能比城堡还要古老,大小很大,宽5米,长16米,周围是一个挖沟的围栏。
罕见的发现这座建筑的遗址被柱子洞标出,柱子洞显示了大厅的大小和形状,但本月的进一步挖掘可能会表明,鉴于其规模,这是一个具有一定重要性的区域,也许是领主迎接游客和举行宴会的地方。
约克大学考古系的Jim Leary博士说:“从罗马帝国崩溃到维京人到来这段时间(通常被称为黑暗时代),木材建筑的出土是一个极其罕见和重要的发现。
“斯基普西的发现特别有趣,因为我们知道该地区曾落入最后一位盎格鲁撒克逊英格兰国王哈拉尔德·戈德温森之手,后来,在1066年诺曼征服后,它成为了霍尔德内斯领主的庄园中心。
”淡水湖斯基普西曾是三个淡水湖的所在地,斯基普西贝雷湖、斯基普希低雷湖和斯基普西·威索韦雷湖,通过支流网络与赫尔河相连。
这些湖泊早就消失了,始于一万年前的中石器时代,一直延续到中世纪。
在这段时间里,这些湖泊一直吸引着人们,它们的遗迹继续吸引着考古学家、考古学家、土地所有者和当地人。
人们在其中发现了中石器时代的石器、动物遗骸和骨鱼叉,新石器时代和青铜时代的建筑和轨道也在其边缘,为人们提供了对史前生活的进一步了解。
地方军阀约克大学考古系的Elaine Jamieson博士说:“这个时代普遍缺乏书面记录,见证了当地军阀的兴衰,不受罗马的影响或控制。
“这些结构的发现为了解这段鲜为人知的历史提供了一个独特的窗口,突显了我们正在进行的挖掘的重要性和兴奋性。
”
考古学家发现100年前埋葬在密西西比州精神病院墓地的罕见“瓷胆囊”女性墓地
保存下来的瓷胆囊可以在该女子躯干的右侧看到。
(图片来源:uux.cn/UMMC庇护山项目;Kyle Winters)(神秘的地球uux.cn)据美国生活科学网站(Kristina Killgrove):大约100年前,密西西比州精神病院的一名妇女死于一种罕见的疾病,这让正在挖掘精神病院无标记坟墓的现代考古学家感到困惑。
但很快,在医学合作者的帮助下,研究小组确定了这名妇女躯干骨骼残骸中的硬蛋形物体是一个“瓷胆囊”——这种情况以前从未在考古骨骼中发现过。
在3月30日发表在《国际骨考古杂志》上的一项研究中,研究人员详细介绍了保存了一个世纪的胆囊的罕见发现。
虽然器官通常在人死后会随着时间的推移而完全腐烂,但在这种情况下,胆囊已经钙化,钙在器官的肌肉壁中积聚,导致其硬化。
保存下来的器官,在医学文献中通常被称为瓷胆囊,与埋葬在收容所墓地的一具中年妇女的骨架有关。
该收容所成立于1855年,1935年关闭,治疗了数万名患者,其中约7000人在居住期间死亡,被埋葬在带有木制标记的简单松木盒子里。
该墓地于2012年在土地开发过程中被重新发现,现在位于密西西比大学医学中心。
庇护山项目的挖掘工作于2022年开始,由UMMC生物考古学家Jennifer Mack领导。
麦克在一封电子邮件中告诉《生活科学》:“胆囊疾病在现代美国人群中相当常见,尽管在过去几十年中发病率有所上升。
”。
尽管在考古环境中偶尔会发现微小的胆囊,但这是首次报道在墓地中发现瓷胆囊。
在现代医学研究中,瓷胆囊被认为是一种罕见的由器官慢性炎症引起的疾病,这种疾病被称为胆囊炎。
瓷胆囊形成的确切原因尚不清楚,但很明显,胆囊壁是矿化的。
患有这种疾病的人通常没有症状,女性的发病率是男性的五倍。
显微CT图像显示了保存的瓷胆囊的结构和胆囊内的胆结石。
(图片来源:麻省理工学院生物医学材料科学系)埋葬的物体长1.8英寸(46毫米),宽1.1英寸(28.5毫米),重量刚刚超过半盎司(16.1克)。
通过UMMC的X射线和显微CT扫描,它被确定为瓷胆囊,因为在钙化边缘的不规则表面下,研究团队发现了一个巨大的胆囊结石。
麦克说:“有趣的是,这个物体最初对生物考古学家来说是一个令人兴奋的谜团,而我们项目中的退休外科医生几乎一眼就认出了它。
”研究人员在研究中指出,在庇护山项目发现的前100个墓穴中,除了一名胆囊瓷质的女性外,他们还发现了5名胆结石患者。
他们写道:“明显高比例的胆囊炎庇护患者是巧合,因为胆囊疾病与导致神经精神症状的精神疾病或生理疾病之间没有关联。
”波兰罗兹大学的古病理学家Francesco Maria Galassi没有参与这项研究,他在一封电子邮件中告诉Live Science,他觉得这项合作研究很有趣,并同意诊断结果。
然而,Galassi想知道过去使用的药物是否会使这些庇护患者面临更大的胆囊疾病风险。
“例如,”Galassi说,“众所周知,鸦片的使用会导致Oddi括约肌痉挛,”Oddi括约肌是一种打开和关闭的肌肉,因此胆汁和胰液可以流入小肠,导致连接肝脏和胆囊的管道中的胆汁减慢或停止。
Galassi建议,如果可能的话,“调查这家精神病院患者服用的药物并评估潜在的健康相关性是有意义的。
”虽然该收容所在抗生素时代开始之前就关闭了,但麦克说:“在历史记录研究的过程中,要真正说明定期为生理或精神疾病提供哪些药物治疗还为时过早。
”研究人员在研究中写道,未来可能会对瓷胆囊的内容物进行额外的测试。
Mack说,目标是建立一个化学成分数据库,帮助考古学家更好地识别胆结石。