多年來，科學家一直認為暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成了宇宙的大部分。然而，一項新研究挑戰(zhàn)了這一長期觀點，提出這些神秘成分實際上可能根本不存在。研究指出，所謂暗物質(zhì)和暗能量的表現(xiàn)，或許只是宇宙中基本作用力隨著年齡增長逐漸減弱的結(jié)果。

這項由渥太華大學物理系兼職教授拉堅德拉·古普塔（Rajendra Gupta）領(lǐng)導的研究指出，如果大自然的核心作用力（如引力）的強度會隨時間和空間緩慢變化，這能解釋天文學家觀測到的眾多奇異現(xiàn)象，比如星系的旋轉(zhuǎn)、演化方式，以及宇宙持續(xù)膨脹的現(xiàn)象。

挑戰(zhàn)既有概念

古普塔教授解釋說：“隨著宇宙膨脹，宇宙中的作用力平均會變?nèi)?。這樣的減弱，會讓我們誤以為有一種神秘的推動力在加速宇宙膨脹（即所謂的暗能量）。但在星系或星系團的尺度上，這些作用力在其引力束縛空間內(nèi)的變化，會導致額外的引力（被解釋為暗物質(zhì)）。但實際上，這些現(xiàn)象可能只是源于定義自然力強度常數(shù)隨宇宙演化的‘假象’?！?/p>

他說：“要解釋暗物質(zhì)和暗能量，需要分別解釋兩個尺度的現(xiàn)象：一是宇宙學尺度（大于6億光年），假設(shè)宇宙各向同性且均勻；二是天體物理尺度（較小尺度），此時宇宙是高度不均勻且各向異性的。在標準模型中，這兩個尺度需要不同的方程來用暗物質(zhì)和暗能量解釋觀測。而我們的理論則用同一方程無需暗物質(zhì)和暗能量即可解釋?！?/p>

他補充道：“令人興奮的是，這種新方式讓我們可以用自然常數(shù)演化來解釋觀測到的現(xiàn)象，如星系旋轉(zhuǎn)、星系團聚集、甚至是引力透鏡效應(yīng)，而不需要假設(shè)有神秘物質(zhì)隱藏在宇宙中。只需要常數(shù)隨宇宙老化變得‘起伏不定’?！?/p>

新模型在天體物理尺度上的應(yīng)用

去年，古普塔教授在宇宙學尺度上質(zhì)疑了暗物質(zhì)的存在。本次在天體物理尺度的研究中，他檢驗了當前對星系旋轉(zhuǎn)曲線的理論解釋。

• 在新模型中，常用參數(shù)α源自“耦合常數(shù)”演變。實際上，α在引力方程中表現(xiàn)得像一個額外“分量”，產(chǎn)生了類似于暗物質(zhì)和暗能量的效應(yīng)。

• 在宇宙學尺度上，α被視為常數(shù)（例如通過超新星數(shù)據(jù)擬合確定）。但在本地（天體物理尺度），星系中常規(guī)物質(zhì)（黑洞、恒星、行星、氣體等）的分布非常不均，α也隨之變化，導致額外引力效應(yīng)也依賴于物質(zhì)分布。理論預(yù)測，當常規(guī)物質(zhì)聚集多時，額外引力效應(yīng)反而小，物質(zhì)稀疏處則更大。

• 因此，新模型解釋星系外圍恒星轉(zhuǎn)速高于預(yù)期的“平坦旋轉(zhuǎn)曲線”，不是因為有暗物質(zhì)暈，而是α造成的額外引力所致。

對天文學的意義

古普塔教授認為，這一思路或能解開天文學中的許多困惑?！斑@些年來，我們一直難以解釋早期宇宙的星系為何如此快速形成并變得龐大。用我們的模型，無須假定奇異粒子或違反物理規(guī)律，只需‘延長時間線’，宇宙的年齡幾乎增加了一倍，自然為觀測到的所有結(jié)構(gòu)騰出了空間?！?/p>

實際上，星系和黑洞的形成時間被拉長，使大而復雜的天體結(jié)構(gòu)早期出現(xiàn)在宇宙成為可能。

這一理論可能徹底改變我們對宇宙的認知觀念，還暗示我們多年尋找暗物質(zhì)粒子的實驗可能并不必要。即便偏要尋找這些粒子，它們也需占據(jù)正常物質(zhì)質(zhì)量的六倍才成立。

“有時候，最簡單的解釋才是最正確的。也許宇宙的最大奧秘只不過是自然常數(shù)的演化帶來的‘把戲’，”古普塔教授總結(jié)道。