本文來(lái)自微信公眾號(hào)：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF
我們的宇宙在從小到大的膨脹過(guò)程中，受引力影響，膨脹的速度會(huì)逐漸減小。然而，實(shí)際情況恰好相反。有科學(xué)家認(rèn)為是具有排斥力的暗能量在“作祟”，而在最新的研究中，科學(xué)家推導(dǎo)出，宇宙加速膨脹可能是因?yàn)槲覀冋谂c一些較年輕的“嬰兒宇宙”碰撞并合并，而此前宇宙在短時(shí)間內(nèi)快速膨脹（暴脹），則是因?yàn)槲覀兣c一個(gè)較年老的“母宇宙”碰撞，并被其吸收了。
根據(jù)大爆炸理論，宇宙從一個(gè)“致密”的奇點(diǎn)到如今規(guī)模宏大的時(shí)空，在這個(gè)膨脹過(guò)程中，受引力影響，膨脹的速度應(yīng)該逐漸慢下來(lái)。但是，很多人也知道，實(shí)際上科學(xué)家觀察到的現(xiàn)象是，許多天體都在以越來(lái)越快的速度遠(yuǎn)離我們。
為此，科學(xué)家引入了暗能量的概念解釋這一現(xiàn)象：宇宙中將近 7 成的成分都是以暗能量的形式存在的，暗能量“不可見”（不會(huì)吸收、反射或輻射光，以人類目前的技術(shù)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)），而過(guò)去數(shù)十億年的宇宙加速膨脹可以歸因于暗能量所具有的排斥力。
由于暗能量一直“不可捉摸”，許多科學(xué)家質(zhì)疑它的存在，并試圖探索出其他可以解釋宇宙加速膨脹的更“直觀”的解釋。近日，發(fā)表于《宇宙論與天體粒子物理學(xué)雜志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）的一篇文章顯示，科學(xué)家通過(guò)修改弗里德曼方程，提出了新的解釋 —— 與平行宇宙不斷碰撞。
弗里德曼方程
愛因斯坦用廣義相對(duì)論定量描述引力、時(shí)空和物質(zhì)的統(tǒng)一性，提出了引力場(chǎng)方程（Einstein field equation）。方程體現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)及其分布決定周圍的時(shí)空性質(zhì)，對(duì)任意坐標(biāo)變換場(chǎng)方程形式不變。
1922 年，亞歷山大?弗里德曼在弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規(guī)下，對(duì)具有給定質(zhì)量密度和壓力的流體的能量-動(dòng)量張量應(yīng)用愛因斯坦引力場(chǎng)方程，得到自己的方程 —— 弗里德曼方程（Friedmann equation）。
弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規(guī)是愛因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)精確解，描述的是一個(gè)滿足宇宙學(xué)原理的宇宙 —— 沒有中心，任何客觀存在的具體物質(zhì)都有自己的結(jié)構(gòu)，都在運(yùn)動(dòng)和變化，即均勻而且各向同性。可以說(shuō)，弗里德曼方程是廣義相對(duì)論框架下描述空間上均一且各向同性的膨脹宇宙模型的一組方程。
宇宙學(xué)常數(shù)
對(duì)于這些描述引力場(chǎng)的方程，宇宙學(xué)常數(shù)是一項(xiàng)重要的數(shù)值。1917 年，愛因斯坦為平衡引力的影響，獲得一個(gè)靜態(tài)的宇宙，在場(chǎng)方程中引入了宇宙學(xué)常數(shù)。而在哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹后，這個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)就沒有意義了（讓其為零的話，引力場(chǎng)方程也能得到合適的解）。讓宇宙學(xué)常數(shù)重回人們視線的是，此后科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。
如果給宇宙學(xué)常數(shù)取正值，在物質(zhì)相距較遠(yuǎn)時(shí)，引力小于排斥力（很有可能是暗能量的作用），并且距離越大，排斥力的作用越顯著。這與目前觀察到的宇宙加速膨脹現(xiàn)象相符。
在新研究中，科學(xué)家對(duì)弗里德曼方程進(jìn)行了修改，這樣的改動(dòng)允許我們的宇宙與平行的“嬰兒宇宙”碰撞并合并，同時(shí)讓宇宙學(xué)常數(shù)再次失去了意義。因?yàn)?，在修改后的弗里德曼方程中，即使宇宙學(xué)常數(shù)為零，依然可以在宇宙加速膨脹的情況下得到解。
更大的平行宇宙
與膨脹的過(guò)程類似，暴脹也是宇宙的擴(kuò)張行為，但暴脹發(fā)生在大爆炸之后不久，時(shí)間很短，膨脹的速度驚人?？茖W(xué)家推斷，這個(gè)過(guò)程或許也可以用與平行宇宙碰撞來(lái)解釋，而在當(dāng)時(shí)，我們的宇宙是與一個(gè)更老、更大的母宇宙膨脹，并被其吸收了。
在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家并沒有詳細(xì)描述與母宇宙的碰撞。另外，我們與體形并不小的嬰兒宇宙碰撞，造成的破壞性也不小。這些破壞性大的碰撞還需要科學(xué)家進(jìn)行深入的研究。
參考文獻(xiàn)：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2023/12/011
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