暗能量關(guān)乎“微不足道”的中子引力
物理學(xué)家找到了一種測(cè)量中子的引力參數(shù)的方法,可能導(dǎo)致人類在空間探索活動(dòng)中擴(kuò)展到新的領(lǐng)域。通過(guò)測(cè)量中子的引力參數(shù),人們不僅了解了中子的物理特性,而且對(duì)暗能量的搜索提供了線索,科學(xué)家正在千方百計(jì)地探測(cè)未知的暗能量。歐洲的科學(xué)家組成了一個(gè)中子引力參數(shù)測(cè)量的合作團(tuán)隊(duì),維爾納科技大學(xué)組織項(xiàng)目的實(shí)施,合作團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了極高靈敏度的重力效應(yīng)測(cè)量技術(shù),在微小的空間測(cè)量重力效應(yīng)十分困難,合作團(tuán)隊(duì)采用了理論概念的引力共振波譜學(xué)方法,在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境測(cè)量了微重力效應(yīng)。
科學(xué)家在法國(guó)東南部的格勒諾布爾勞爾—郎之萬(wàn)研究所(ILL)的實(shí)驗(yàn)室確立了限制性的物理參數(shù),在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上考慮了新的粒子的可能性,這意味著自然界可能有新的基本力,這與人們已知的四種自然基本力有所不同。根據(jù)最新的宇宙觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行推算,只有大約5%的物質(zhì)和能量在人們的觀測(cè)和認(rèn)識(shí)的范圍之內(nèi),其余95%的物質(zhì)和能量在人們的觀測(cè)和認(rèn)知的范圍之外,它們是科學(xué)家稱之為的“暗物質(zhì)”和“暗能量”。探索未知世界的奧秘,科學(xué)家設(shè)想了登陸暗世界“神秘島”的方法,應(yīng)用了中子的物理特性,通過(guò)測(cè)量中子微重力的手段去開啟未知世界的大門,在大千世界的神秘島,科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)新的基本粒子和新的基本力,它們構(gòu)成了所謂的新物理學(xué)的基礎(chǔ)。

新的技術(shù)手段是讓中子緩慢地移動(dòng),超冷的中子流在兩塊平行板之間緩慢地流動(dòng)和匯集,兩塊平行板沒(méi)有靜止不動(dòng),通過(guò)來(lái)回震蕩或平行板的機(jī)械搖擺改變了中子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),根據(jù)量子力學(xué)的基本原理,依賴引力的中子使用了引力賦予的能量。維也納科技大學(xué)的哈特穆特·阿貝勒教授解釋說(shuō),測(cè)量的結(jié)果顯示,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何偏離了幾乎完美的牛頓萬(wàn)有引力定律的參數(shù),測(cè)量到的耦合強(qiáng)度值比其它測(cè)量方式的限度更低,精確度更高。
中子特性或中子的行為僅受重力的影響,科學(xué)家相對(duì)容易地測(cè)量中子的重力效應(yīng),在重力效應(yīng)的研究中,中子幾乎是一種完美的粒子,它們不帶電荷或呈中性,中子幾乎不發(fā)生任何的極化現(xiàn)象或不會(huì)分解為兩種彼此相反的極性。物理學(xué)家拉里薩·奇舟娃、維也納科技大學(xué)的斯蒂芬·羅特和約阿希姆·伯格多夫教授、海德堡大學(xué)的施密特和慕尼黑科技大學(xué)(慕尼黑工業(yè)大學(xué))的勞爾等組成了一支國(guó)際合作的科學(xué)團(tuán)隊(duì),利用中子特性測(cè)量中子的能量,通過(guò)中子在兩塊擺動(dòng)的平行板之間的移動(dòng),合作團(tuán)隊(duì)測(cè)量了中子的重力效應(yīng)。

勞爾—郎之萬(wàn)研究所(ILL)的物理學(xué)家彼得·格亨伯特評(píng)價(jià)說(shuō),建立物理模型是重要的步驟,在非常短的距離內(nèi)測(cè)量重力的相互作用,在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境產(chǎn)生了超冷中子,在維也納科技大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了世界上最精確的測(cè)量?jī)x器,這是確保實(shí)驗(yàn)效果的基本條件,在牛頓萬(wàn)有引力定律的基礎(chǔ)上,科學(xué)團(tuán)隊(duì)測(cè)量和預(yù)測(cè)了中子行為微小的偏離??茖W(xué)家正在苦苦尋找未知的暗能量,根據(jù)神秘的暗能量來(lái)解釋宇宙正在發(fā)生的加速膨脹現(xiàn)象。已知的自然四種基本力不能完全解釋宇宙的加速膨脹,測(cè)量中子的能力是其中的一個(gè)關(guān)鍵因素,科學(xué)家可能測(cè)定暗能量的大小,更為精準(zhǔn)地了解暗能量的性質(zhì)。
阿爾貝特·愛因斯坦曾經(jīng)隱隱約約地預(yù)測(cè)了暗能量的存在,他在場(chǎng)方程中設(shè)定了宇宙學(xué)常數(shù)項(xiàng),這與科學(xué)家現(xiàn)在理解的暗能量有令人驚奇的相似之處。愛因斯坦引入了宇宙學(xué)常數(shù)項(xiàng),主要的功能是抵抗宇宙的膨脹,而科學(xué)家現(xiàn)在理解的暗能量成了推動(dòng)宇宙膨脹的力量,兩個(gè)物理概念有本質(zhì)的不同。在宇宙演化的大約137億年,愛因斯坦設(shè)定的宇宙常數(shù)項(xiàng)始終存在,根據(jù)現(xiàn)代宇宙學(xué)的膨脹模型,暗能量在宇宙早期演化中的作用并不明顯,愛因斯坦只是間接地預(yù)測(cè)了暗能量的存在??茖W(xué)合作團(tuán)隊(duì)在非常近的距離完成了重力效應(yīng)的實(shí)驗(yàn),利用中子特性探索性地測(cè)量暗能量的存在,實(shí)驗(yàn)方法的可行性有待檢驗(yàn)。合作團(tuán)隊(duì)沒(méi)有放棄他們的努力,他們將會(huì)改進(jìn)重力效應(yīng)的測(cè)量方法,尋求精準(zhǔn)測(cè)量的版本,而精確測(cè)量依據(jù)了重力共振波譜學(xué)的原理。

(編譯:2021-4-28)