英超算模拟星系显示:这一理论可媲美爱因斯坦广义相对论

2019-07-12 | 见丰网
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英超算模拟星系显示:这一理论可媲美爱因斯坦广义相对论

利用超级计算机对星系进行模拟表明,爱因斯坦的广义相对论可能不是解释引力如何发挥作用或星系如何形成的唯一方法。英国杜伦大学的物理学家,利用另外一种引力模型f(R)——即所谓的变色龙理论,对宇宙进行了模拟。由模拟生成的图像显示,即使采用不同的引力定律,像我们的银河系这样的星系仍然可以在宇宙中形成。

研究人员称他们的研究成果可以利用平方千米阵望远镜进行验证

研究结果表明了在解释宇宙中结构形成方面,变色龙理论作为广义相对论之外另一种理论的可行性——之所以称之为变色龙理论,是因为它的行为根据环境而改变。

这项研究还有助于我们进一步了解暗能量——暗能量加速了宇宙的膨胀速度。

这项研究成果发表在《自然-天文学》(Nature Astronomy)上。

广义相对论是由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在20世纪初提出来的,用于解释太空中大型天体的引力效应,例如解释水星在太阳系中运行的轨道。它是现代宇宙学的基础,但也在日常生活中发挥着巨大作用,例如智能手机中常见的GPS定位功能。

科学家们从理论计算中已经知道,在解释太阳系的形成、运动方面,变色龙理论可以再现广义相对论的成功。

杜伦大学团队现在已经证明,这一理论可以解释银河系等星系形成,而且在宇宙学尺度上不同于广义相对论。

这项研究的共同一作、杜伦大学计算宇宙学研究所的克里斯蒂安·阿诺德(Christian Arnold)博士表示:“变色龙理论允许修改引力定律,因此我们可以检测引力变化对星系形成的影响。我们通过模拟首次证明,即使改变了引力,带有旋臂的盘状星系仍然可以形成。我们的研究绝不意味着广义相对论是错误的,但确实表明它并非是解释引力在宇宙演化中作用的唯一理论。”

研究人员研究了变色龙理论中引力与位于星系中心的超大质量黑洞之间的相互作用。黑洞在星系形成过程中起着关键作用,因为它们在吞咽周围物质时喷射的热量和物质会烧掉形成恒星所需的气体,从而实际上阻止恒星的形成。黑洞喷射的热量因引力的改变而改变,对星系的形成产生影响。

然而,新的模拟显示,即使考虑到根据变色龙理论发生的引力变化,星系仍然能够形成。

广义相对论还可以用来解释宇宙的加速膨胀。科学家认为宇宙加速膨胀的动力来自暗能量,而杜伦大学的研究人员表示,他们的研究结果,可能只是向着解释暗能量特性迈出的一小步。

这项研究的共同一作、杜伦大学计算宇宙学研究所的李宝久(Baojiu Li,音译)教授说:“在广义相对论中,科学家通过引入一种叫做暗能量的神秘物质来解释宇宙的加速膨胀——最简单的形式可能是宇宙学常数。然而,考虑到目前我们对于暗能量知之甚少,宇宙学常数之外的方法也得到广泛认可。”

杜伦大学的研究人员预计,他们的研究结果可以通过利用位于澳大利亚和南非的平方千米阵(Square Kilometer Array)望远镜阵列进行观察验证。平方千米阵将于2020年投入使用。

平方千米阵将成为世界上最大的射电望远镜,旨在挑战爱因斯坦的广义相对论,研究宇宙大爆炸后第一批恒星和星系的形成,并帮助科学家了解自然界或暗能量

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【责任编辑:阿诺】
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