质疑目前的“动态暗能量+冷暗物质模型”
一般地说,如果最轻超对称粒子的质量是重子质量的10^n倍,那么在温度为T2时(最轻超对称粒子变为非相对论性粒子),最轻超对称粒子的质量密度与普通重子质量密度之比应为5*10^(-n):1. 在温度为T2之前,由于两者都是相对论性气体,那么质量密度演化规律又一样,这就要求在甚早期宇宙中,最轻超对称粒子的质量密度与普通重子质量密度之比应为5*10^(-n):1,或者粗糙地说,两者能量密度之比为10^(-n):1,且它们的粒子质量之比为10^n:1,这才能造成目前两者平均密度基本是相同数量级。这就非常令人惊讶,能量密度之比与质量之比(一个是10^(-n):1,另一个是10^n:1),调配得这么好???不免让人觉得不可思夷。所以,把冷暗物质当作是一种的真实的物质粒子,是不自然的。“冷暗物质”效应,应当有其它来源。
有两点要补充:
1)重子在退出辐射状态(变为非相对论性粒子)时,也有一部分能量会转化为光子气体能量(能量密度继续以1/a^4形式下降),成为目前的宇宙微波背景。这部分能量密度在宇宙温度为T1时,大约与重子密度之比可为同数量级(因为只有当重子的动能与静能为相同数量级时,重子才可以开始退出辐射状态(变为非相对论性粒子)),因此不对上面的估算造成影响。
2)超对称粒子与普通重子物质不存在相互作用,但是在当它还是相对论性超对称粒子时,可能会与重子(夸克)有耦合,因此,在温度高于T2时,可以假设超对称粒子与重子(夸克)建立了热平衡,有共同温度。如果两者没有共同温度,那么上面的讨论可能略受影响,但不会有大的影响。
下面再来说动态暗能量问题。动态暗能量是一种标量场。历史上,使用标量场来克服一些问题,以共有三次:1)标准模型中的Higgs机制;2)早期宇宙暴涨机制;3)为了解释当前宇宙加速膨胀提出的动态暗能量模型。根据爱因斯坦的说法“好把戏不能玩两次”,但这里已经玩了三次。动态暗能量模型虽然很方便,但也存在一些奇怪的问题。它有一个基本接近于常数的势能密度(即接近于当今宇宙临界密度),为什么会如此小??比起另一种标量场(宇宙暴涨标量场)的巨大的势能密度来,这令人惊奇。宇宙暴涨标量场的势能密度比起动态暗能量密度来,前者大10^100倍,同样是标量场(当然,细节有所不同),为什么两者差别如此巨大??这样也显得很不自然。虽然暴涨标量场与动态暗能量标量场可能是完全不同的标量场,两者之间可能也没有任何联系,但是一个如此大,一个如此小,显得很不自然。无论它们之间有无联系,两者相差巨大,总是很不自然的。所以,对动态暗能量标量场模型,不是很欣赏。为什么宇宙暴涨标量场的势能密度比起动态暗能量密度来,前者大10^100倍,可以做这样的估算,暴涨在t=10^(-32)s结束,到t=10^(12)s辐射结束时,这个时间间隔内,宇宙半径a扩大了10^22倍(因为a以t^(1/2)演化),密度下降了10^88倍。在t=10^(12)s到当前t=10^(18)s物质为主演化阶段,a增大了10^4倍(因为a以t^(2/3)演化),那么物质密度下降了10^12倍。总共下降了10^100倍。也可以这样算,暴涨在t=10^(-32)s结束,到当前t=10^(18)s,t扩大了10^(50)倍,由于质量密度ρ以1/t^2下降,故而从暴涨结束到宇宙当前,密度下降了10^100倍。在暴涨结束时,发生相变和重加热,能量来自于宇宙暴涨势,如果这个重加热是理想的(迅速重加热,速率比当时哈勃参数要大),那么这意味着暴涨势能密度(是一个常数)就是当前宇宙临界密度的10^100倍。
以上对“动态暗能量+冷暗物质模型”质疑,不是说要对它们作立即否定或者说它们存在什么原理上的瑕疵。它们本身都是可以值得考虑的模型。只是在对一些参数作考察时,发现这些参数存在不自然的调配问题。当然有人会认为人择原理可以来解释它们。人择原理可以用来解释地球质量、日地距离和太阳质量、太阳发光功率甚至电子质量、电荷与质子质量为什么是那样大(因为只有是那样大,地球上才可以进化出会提这些问题的人),但是即便这样,地球质量、日地距离和太阳质量、太阳发光功率等参数之间其实也没有存在那些令人惊异的不自然的数值。
补语:以上对“动态暗能量+冷暗物质模型”质疑,不是说要对它们作立即否定或者说它们存在什么原理上的瑕疵。它们本身都是可以值得考虑的模型。只是在对一些参数作考察时,发现这些参数存在不自然的调配问题,认为可以存在其它更自然的解释(这里不提)。这与梅先生否定暗能量的做法是完全不同的(梅先生是从引力理论和宇宙学有矛盾或不自洽的问题来否定暗能量的)。
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