哈勃圖像挑戰現有時空理論


清晰度是天文學家及公眾對哈勃太空望遠鏡所期待的,然而哈勃所拍攝的遙遠星系的清晰度卻使科學家思考為什麼這些圖片不模糊,因為依據一些新的計算這些圖片應該模糊,同時,思考是否必須重新考慮空間、時間和引力理論的一些基本假設。

對於非常遙遠星體和星系的圖片進行的分析檢驗了量子力量的一個基本方面,它是對看不見的原子級別物理學廣泛所持觀點的一個集合體,並且這些觀點與宇宙最大尺度級別物理概念相關。

傳統觀點認為,空間與時間可以整體看作為一種海綿。當光線穿過海綿時應該受到干擾,即使這種干擾非常輕微,這樣隨著時間的推進,光線在宇宙中穿越後,在精確望遠鏡上匯聚所顯圖像只能是模糊的。簡而言之,哈勃對遙遠星體所拍圖像應該產生一種奇怪的效果,然而實際上卻沒有:哈勃圖像清晰明瞭,與拍攝對象的距離沒有關係。

根據兩獨立研究小組的研究結果,量子理論可能有缺陷。

由Roberto Ragazzoni所領導的大利Arcetri 天體物理觀測臺(Asrophysical Observatory of Arcetri) 和德國馬普天文所(Max Planck Institute for Astronomy)天文學家小組完成了一項最新研究。Ragazzoni認為,預期的量子效應就像地球大氣層所導致的細微模糊情形,這使星體產生閃爍。

Ragazzoni解釋道,當光線從遙遠目標傳來時,由於不同光波以略微不同的路徑穿過海綿,一些光波相對於其它光波就會受到阻礙,光線就會從實際光源周圍的位置傳來從而導致模糊。

「你沒有看到一個宇宙是模糊的,」他說,「如果你取出任何一張哈勃太空望遠鏡深景圖像你會看到都是非常清晰的,這足以告訴我們光線在從光源傳到觀測器的時空中,沒有因波動起伏而發生畸變或受到干擾。」

該項研究將發表於4月10日出版的《天體物理雜誌快報》上(Astrophysical Journal Letters)。

幾週前,阿拉巴馬大學亨茨維爾分校的Richard Lieu 和Lloyd Hillman用略微不同的技術進行研究也取得了類似的結果。他們也沒有發現預期的量子效應。

科學家認為,光以非常小但是可測的量子或量子單元運動;時間據信也是以相應的微量子單元運動。這些量子單元與愛因斯坦的廣義相對論相吻合,描述了宇宙大尺度物理學。愛因斯坦曾說過時間、引力及空間的結構是同一現象的不同展現。

近年來,理論學家們對這些看法作了改進並確定了一對量子 ──普朗克長度和普朗克時間,應該是最小可測量的。在這些閾值以下,物體應該變得模糊:如果光線的傳播量子化,在理論上它在普朗克極限下會改變單位。

「如果時間在普朗克間隙下不變得『模糊』,該發現將給幾個天體物理和宇宙學模型帶來一些問題,包括宇宙大爆炸模型。」阿拉巴馬大學亨茨維爾分校的Lieu說。

其他一些理論學家說這些新的研究結果應該受到重視,但是他們說對於光線在普朗克間隙之下的行為瞭解得不多,還不足以下定論。

有科學家認為,如果兩組科學家的研究結果是對的,對理論學家的一個挑戰是,宇宙大爆炸常數將會涉及一無限熱和密的條件,而這是當前理論所不允許的。


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