本周早些時(shí)候，一項(xiàng)研究成為頭條新聞，該項(xiàng)研究聲稱宇宙學(xué)家認(rèn)為正在加速宇宙膨脹的神秘“暗能量”可能來自星系中心的超大質(zhì)量黑洞。如果屬實(shí)，這種聯(lián)系將把物理學(xué)中兩個(gè)最令人費(fèi)解的概念——黑洞和暗能量——聯(lián)系起來，并表明后者的來源幾十年來一直在理論家的眼皮底下。然而，也有許多科學(xué)家對這個(gè)想法深表懷疑。

“他們提出的建議對我來說毫無意義，”芝加哥大學(xué)的理論物理學(xué)家羅伯特沃爾德說，他專門研究愛因斯坦的廣義相對論，即對引力的標(biāo)準(zhǔn)理解。其他理論家更容易接受激進(jìn)的主張——即使它最終是錯(cuò)誤的?！拔覀€(gè)人對此感到很興奮，”周界理論物理研究所的天體物理學(xué)家Niayesh Afshordi說。

乍一看，黑洞和暗能量似乎毫無關(guān)系。根據(jù)廣義相對論，黑洞這種奇特的事物被認(rèn)為是在大質(zhì)量恒星坍縮到無窮小點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的，只留下它們的引力場。據(jù)信，質(zhì)量是太陽數(shù)百萬或數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞潛伏在星系中心。

相比之下，暗能量是一種神秘的現(xiàn)象，它確實(shí)會拉伸空間并加速宇宙的膨脹?？茖W(xué)家認(rèn)為，暗能量可以代表太空中的某種新型場，有點(diǎn)像電場，或者它可能是真空本身的基本屬性。

那么這兩者怎么可能聯(lián)系起來呢？量子力學(xué)表明真空空間應(yīng)該包含一種稱為真空能量的能量。這被認(rèn)為遍及整個(gè)宇宙并施加反引力，使其成為暗能量身份的主要候選者。1966 年，蘇聯(lián)物理學(xué)家 Erast Gliner 表明，愛因斯坦方程還可以產(chǎn)生在外部觀察者看來和行為都與黑洞完全一樣的物體——但實(shí)際上是巨大的真空能量球。

如果存在這樣的物體，那就意味著暗能量實(shí)際上并沒有均勻地分布在整個(gè)空間，而是局限于特定的位置：黑洞的內(nèi)部。即使束縛在這些特定的結(jié)中，暗能量仍會對宇宙發(fā)揮其空間拉伸作用。

夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的天體物理學(xué)家Duncan Farrah說，超大質(zhì)量黑洞是暗能量的來源這一想法的某個(gè)結(jié)果是，它們將與不斷拉伸的空間相關(guān)聯(lián)，并且它們的質(zhì)量應(yīng)該隨著宇宙的膨脹而變化. “如果宇宙的體積翻倍，黑洞的質(zhì)量也會翻倍，”他補(bǔ)充道。

為了測試這種可能性，Duncan Farrah和他的同事們研究了橢圓星系，這些星系的中心包含質(zhì)量是太陽數(shù)百萬或數(shù)十億倍的黑洞。他們專注于恒星之間，幾乎沒有氣體或塵埃漂浮的星系，這將為中央黑洞提供物質(zhì)儲備。在宇宙歷史的進(jìn)程中，這樣的黑洞預(yù)計(jì)不會發(fā)生太大變化。

然而，通過分析大約90億年來橢圓星系的特性，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)早期宇宙中的黑洞相對于它們的宿主星系比現(xiàn)代宇宙中的黑洞小得多，這表明它們已經(jīng)增長了7到10倍（Duncan Farrah及其同事本月在《天體物理學(xué)雜志》上報(bào)道了質(zhì)量倍數(shù)）。

Duncan Farrah說，黑洞膨脹而星系沒有膨脹的事實(shí)是關(guān)鍵。如果黑洞是通過吞吸附近的氣體和塵埃而長大的，那么這些物質(zhì)應(yīng)該也會在遠(yuǎn)離黑洞的星系部分產(chǎn)生許多新的恒星。但是，如果黑洞是由暗能量構(gòu)成的，那么它們會對宇宙大小的變化做出反應(yīng)，就像研究人員在橢圓星系中心觀察到的那樣。

沃爾德沒有被說服。他質(zhì)疑一個(gè)純粹的暗能量球體如何能夠穩(wěn)定。他還說，這些數(shù)字似乎并不相符：眾所周知，暗能量占宇宙質(zhì)能的70%，而黑洞只是普通物質(zhì)的一小部分，普通物質(zhì)所占比例不到宇宙質(zhì)能的5%。他說：“我不明白這些物體與觀察到的暗能量有什么關(guān)系?！?/p>

其他人則持觀望態(tài)度?！澳壳?，這是一個(gè)有趣的可能性，”悉尼大學(xué)的宇宙學(xué)家Geraint Lewis 說，但“如果這是一個(gè)看似可信的暗能量來源，就必須有更多的證據(jù)擺在桌面上?！?/p>

阿夫索迪同意。他說，如果黑洞和暗能量以這種方式聯(lián)系在一起，它可能會在宇宙中產(chǎn)生其他可見的后果。不過目前，他不確定那些會是什么。他補(bǔ)充說，確切地確定星系如何隨時(shí)間演化是一件棘手的事情，而且可能還有其他團(tuán)隊(duì)沒有考慮過的黑洞生長機(jī)制。

盡管如此，阿夫索迪支持重新思考關(guān)于宇宙的基本假設(shè)的努力。“大多數(shù)新的理論想法都被懷疑論者駁回了，”他說?！暗绻覀冝饤壦行孪敕?，那么就不會任何新的發(fā)展。”