【最新研究：如果暗能量只不过是幻觉，广义相对论是否会遭遇挑战？中子星给出答案】
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使用爱因斯坦的理论来解释宇宙学现象 ， 例如宇宙的加速膨胀 ， 需要大量神秘的暗能量 。 但是 ， 如果暗能量只是一种幻觉 ， 而广义相对论本身必须被修改 ， 那么宇宙将何去何从？
发表在《物理评论快报》上的一项最新研究 ， 提供了一种新的方法来回答这个问题 。 由于巨大的计算和数学努力 ， 科学家们在广义相对论之外首次模拟了双中子星的合并 ， 在宇宙尺度上重现了类似暗能量的行为 。 这使得我们可以将爱因斯坦的理论和修正后的版本进行比较 。 同时 ， 有了足够精确的数据 ， 就可以解开暗能量之谜 。
大约100年来 ， 广义相对论在描述各种各样的引力方面都非常成功 ， 通过了地球和太阳系的所有实验测试 。然而 ， 为了解释宇宙学观测 ， 例如观测到的宇宙加速膨胀 ， 我们需要引入暗成分 ， 比如暗物质和暗能量 ， 尽管目前这仍然是一个谜 。
意大利国际高等研究院（SISSA）的天体物理学家和微观尺度引力的首席研究员Enrico Barausse质疑暗能量是否真实 ， 他认为：“暗能量的存在可能只是一种幻觉 ， 宇宙的加速膨胀可能是由广义相对论的一些未知修正引起的 ， 这是一种‘暗引力’ 。 ”
中子星的合并为验证这一假设提供了一种独特的条件 ， 因为它们周围的引力被推到了极致 。这位科学家认为：“中子星是已知的密度最大的恒星 ， 通常半径只有10公里 ， 但质量是太阳质量的一到两倍 ， 使得引力和它们周围的时空变得极端 ， 当它们碰撞时 ， 会产生大量的引力波 。 我们可以利用在这些事件中获得的数据来研究引力的工作原理 ， 并在一个新的窗口中检验爱因斯坦的理论 。 ”
在这项发表在《物理评论快报》上的研究中 ， SISSA的科学家们与马略卡岛帕尔马巴利阿里大学的物理学家们合作 ， 根据与宇宙学相关的修正引力理论 ， 首次模拟了双中子星的合并: 该论文的第一作者Miguel Bezares介绍：“这种类型的模拟非常具有挑战性 ， 因为这个问题具有高度非线性性质 ，它需要大量的计算工作——在超级计算机上运行几个月——这也得益于SISSA和CINECA联盟之间的协议 ， 以及我们开发的新的数学公式 。在我们第一次模拟之前 ， 这些都是多年来的主要障碍 。 ”
多亏了这些模拟 ， 研究人员终于能够比较广义相对论和修正重力 。Barausse认为：“令人惊讶的是 ， 我们发现‘暗引力’假说在解释过去双中子星碰撞期间由LIGO和Virgo干涉仪获得的数据方面与广义相对论一样好 。事实上 ， 这两种理论在这两个系统中的差异非常细微 ， 但它们可能会被下一代引力干涉仪探测到 ，这开启了利用引力波来区分暗能量和‘暗引力’的令人兴奋的可能性 。 ”
参考文献
Miguel Bezares et al No Evidence of Kinetic Screening in Simulations of Merging Binary Neutron Stars beyond General Relativity Physical Review Letters (2022).
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