新的理论研究表明，神秘的“非粒子”可能正在将宇宙推开

新的理论研究表明，一种被称为“非粒子”的神秘物质形式可能是宇宙膨胀背后的驱动力。

一篇新的理论论文表明，宇宙不断加速的膨胀可能是由一种称为“非粒子”的神秘物质形式驱动的，这种物质不遵守粒子物理学的标准模型。

科学家们普遍承认宇宙正在膨胀，尽管膨胀的原因仍然难以捉摸。最流行的解释之一是一种被称为暗能量的神秘实体，它以宇宙学常数的形式存在，它导致膨胀速度与宇宙年龄以及物质和辐射的温度无关。然而，最近的天文观测挑战了这一假设，促使物理学家探索暗能量的替代方案。

现在，在一篇新论文中，研究人员分析了暗能量是由一种称为非粒子的物质的理论形式组成的观点。他们发现，与假设宇宙学常数的流行标准宇宙学模型相比，该理论更符合观测结果。

研究合著者、阿里尔大学宇宙学家乌特卡什·库马尔 (Utkarsh Kumar) 表示：“根据观察，测量结果之间的宇宙膨胀率和大型结构（星系和星系团）的增长值存在差异。” ，在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “各种观测，包括宇宙微波背景测量、超新星变暗等等，都加剧了这种紧张局势。”

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哈勃常数（决定膨胀率）和所谓的 S8（包含有关大型结构形成的信息）等物理量无法直接测量。相反，它们是使用数学理论根据对宇宙微波背景（大爆炸的剩余辐射）以及遥远恒星和星系的观测来计算的。然而，不同的理论从相同的数据中得出这些参数的不同值，在宇宙学中造成了巨大的张力。

为了解决这个问题，这项新研究的作者于 2023 年 12 月发表在宇宙学和天体粒子物理学杂志上，他们认为宇宙的膨胀不是由宇宙学常数驱动的，而是由非粒子驱动的，以前曾在粒子物理学的背景下考虑过这一点。

“非粒子的概念是由[理论物理学家霍华德]乔治十多年前提出的，”主要研究作者、同样来自阿里尔大学的Ido Ben-Dayan告诉《生活科学》杂志在一封电子邮件中。 “在基础物理学中，我们通常讨论场，例如电场，其中粒子是该场的激发。在电场的情况下，这些是光子”或光包。本-达扬补充说，在几乎所有情况下，粒子都是具有明确质量和动量的激发物。

然而，“非粒子是一组场的结果，它们的激发没有明确的动量和质量，”本-达扬说。 “因此，在宏观层面上，它们表现得像流体。这种特性的一个特殊结果是它们的状态方程，描述它们施加的压力和能量密度之间的比率，取决于温度。”

这个状态方程与宇宙常数方程非常相似。此外，非粒子与“常规”物质的非常弱的相互作用（该物质的所有理论模型都预测到了这一点）使其成为暗能量的绝佳候选者。

解开粒子的纠缠

在他们的工作中，本-达扬和库马尔使用非粒子假说代替宇宙常数，并将其与从许多实验中收集的观测数据结合起来。他们发现，与使用标准宇宙学模型计算的值不同，当他们使用非粒子理论时，从这些实验推导出的哈勃常数和S8参数的值彼此一致。

库马尔说：“此外，他们的模型减少了哈勃常数和 S8 测量值之间的差异，从而恢复了不同测量值之间的一致性。” 

目前，没有经验证据支持这一理论。  然而，作者相信，在未来十年左右的时间里，天文测量的准确性将得到足够的提高，足以确定非粒子理论是否正确。

“我们的模型通过不断改进的宇宙学观测进行了测试，”本-达扬说。 “如果这是正确的，未来的宇宙微波背景实验应该[证实]。”

本-达扬补充说，目前正在开发测量暗能量性质的实验，但需要望远镜比目前“探测更早的时间”。

此外，物理学家计划提高计算的准确性，并在加速器中使用基本粒子进行更熟悉的实验中寻找非粒子的可能表现，这些实验可能会受到非粒子存在的影响。

“我们计划考虑非粒子和基本粒子标准模型之间的相互作用，”库马尔说。 “这可以进一步测试我们的模型。我们将进一步研究我们模型的一些扩展及其宇宙学后果。”