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暗能量是一種什么能量？解開暗能量之謎的新方法
發布時間：2025-12-07 16:57:24 來源：桑間濮上網 作者：綜合
暗能量是一種什么能量？解開暗能量之謎的新方法
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（作者：Raphaël Cayrol，盧森堡大學）：暗能量的開暗背后是什么，是量種量解什么將其與阿爾伯特·愛因斯坦引入的宇宙常數聯系起來？盧森堡大學的兩位物理學家指出了回答這些開放物理學問題的方法。
宇宙有許多奇異的開暗特性，這些特性很難用日常經驗來理解。量種量解例如，開暗我們所知道的量種量解由原子、分子和其他粒子組成的開暗物質，顯然只占宇宙能量密度的量種量解一小部分。最大的開暗貢獻，超過三分之二，量種量解來自“暗能量” - 一種假設的開暗能量形式，其背景物理學家仍然感到困惑。量種量解
此外，開暗宇宙不僅在穩步膨脹，量種量解而且以越來越快的速度膨脹。這兩個特征似乎是相互關聯的，因為暗能量也被認為是加速膨脹的驅動力。此外，它可以重新統一兩個強大的物理思想流派：量子場論和阿爾伯特·愛因斯坦開發的廣義相對論。但有一個問題：到目前為止，計算和觀察遠未匹配。現在，來自盧森堡的兩位研究人員在《物理評論快報》發表的一篇論文中展示了解決這個100年歷史的謎語的方法。
真空中虛擬粒子的軌跡
“暗能量來自量子場論的公式，”盧森堡大學物理與材料科學系理論固體物理學教授Alexandre Tkatchenko教授解釋說。該理論的發展是為了將量子力學和廣義相對論結合在一起，它們在基本方面是不相容的。
它的基本特征是：與量子力學相反，該理論不僅將粒子，而且將無物質場視為量子對象。“在這個框架中，許多研究人員將暗能量視為所謂的真空能量的表達，”Tkatchenko說：一個物理量，在生動的圖像中，是由成對的粒子及其反粒子 - 如電子和正電子 - 在實際上是空的空間中不斷出現引起的。
物理學家將虛擬粒子及其量子場的來來去去稱為真空或零點漲落。當粒子對立即再次消失在虛無中時，它們會留下一定的能量。“這種真空能量在廣義相對論中也有意義，”盧森堡科學家指出。“它表現在愛因斯坦出于數學原因插入他的方程中的宇宙學常數。
巨大的不匹配
與只能從量子場論公式推導出的暗能量不同，宇宙學常數可以直接通過天體物理實驗來確定。哈勃太空望遠鏡和普朗克太空任務的測量已經為基本物理量提供了接近和可靠的值。
另一方面，基于量子場論的暗能量計算得出的結果對應于宇宙學常數的值，該值高達10120倍數更大——這是一個巨大的差異——盡管在當今盛行的物理學家的世界觀中，這兩個值應該是相等的。相反，發現的差異被稱為“宇宙學常數之謎”。“這無疑是現代科學中最大的不一致之處之一，”亞歷山大·特卡琴科說。
非常規的解釋方式
他與盧森堡的研究同事迪米特里·費多羅夫（Dimitry Fedorov）博士一起，為這個已經開放了幾十年的難題帶來了解決方案，又向前邁進了一大步。在他們最近發表的一篇理論論文中，兩位盧森堡研究人員提出了對暗能量的新解釋。它假設零點波動導致真空的極化率，這既可以測量也可以計算。
“在帶有電荷的虛擬粒子對中，它來自這些粒子在其極短存在期間相互施加的電動力，”Tkatchenko解釋說。物理學家將此稱為自我相互作用，這種粒子中的極化率是對其反應的特征。“它導致可以在新模型的幫助下確定的能量密度，”盧森堡科學家說。
他與他的研究同事費多羅夫一起開發了這個模型，并于2018年首次提出，最初用于描述原子特性，例如固體。由于幾何特征很容易通過實驗測量，因此極化率也可以通過這些分流來確定。
“我們將這個程序轉移到真空中的過程中，”Fedorov解釋說。為此，兩位研究人員研究了電子和正電子的行為，他們根據量子場論的原理將它們視為場。這些場的波動也可以用平衡幾何來表征，其值已經從實驗中知道。
“我們將其插入模型的公式中，并以這種方式最終獲得了真空極化的強度，”費多羅夫報告說。最后一步是量子力學計算電子和正電子之間自相互作用的能量密度。以這種方式獲得的結果與宇宙學常數的測量值非常吻合：這意味著：“暗能量可以追溯到量子場自相互作用的能量密度，”亞歷山大·特卡琴科強調說。
一致的值和可驗證的預測
“因此，我們的工作提供了一種優雅和非常規的方法來解決宇宙常數之謎，”物理學家總結道。“此外，它提供了一個可驗證的預測：即像電子和正電子這樣的量子場確實具有很小但始終存在的極化。
盧森堡的兩位研究人員說，這一發現也為未來在實驗室中檢測這種極化的實驗指明了方向，他們現在希望將他們的模型應用于其他粒子 - 反粒子對。“我們的概念理念應該適用于任何領域，”Alexandre Tkatchenko強調說。他認為與迪米特里·費多羅夫一起獲得的新結果是更好地理解暗能量的第一步，以及它與阿爾伯特·愛因斯坦的宇宙常數的聯系。
Tkatchenko確信：“最終，這也將揭示量子場論和一般反應性理論交織在一起的方式，作為觀察宇宙及其組成部分的兩種方式。
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