在發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹之后的很長一段時間里，科學家都普遍認為，宇宙物質(zhì)之間的萬有引力會像剎車一樣，把宇宙膨脹的速度慢慢拖慢，就像你往天上扔一塊石頭，石頭雖然在上升，但速度肯定會越來越慢。

然而在1998年的時候，兩個獨立的天文學家團隊通過觀測遙遠的Ia型超新星（也就是宇宙中的標準燭光）來測量宇宙膨脹速度時，所有人都傻眼了。

因為觀測數(shù)據(jù)明明白白地顯示，宇宙的膨脹并沒有在減速，反而是在加速，也就是說，那個被扔上天的石頭，并沒有慢下來，反而像裝了火箭推進器一樣，越飛越高，越飛越快。

為了解釋這個完全違反直覺的現(xiàn)象，科學家不得不給宇宙加入一個新成員——暗能量。

在目前的標準宇宙模型（即ΛCDM模型）里，暗能量占據(jù)了宇宙總質(zhì)能的大約70%，我們并不知道它具體是什么，只知道它應該提供了一種“萬有斥力”，把宇宙空間“撐開”。

不過并不是所有人都對暗能量表示認同，這不，根據(jù)一項發(fā)表在預印本服務器（arXiv）上的研究，暗能量有可能并不存在，科學家可能發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹背后的真正原因。

該研究指出，盡管我們已經(jīng)很努力地去尋找暗能量的蹤跡，但迄今為止，我們什么也沒有發(fā)現(xiàn)，所以我們有理由認為，既然暗能量怎么找都找不到，那會不會是我們一開始用來描述時空的幾何學太簡單了？

科學家表示，我們現(xiàn)在通用的廣義相對論，建立在一種叫“黎曼幾何”（Riemannian geometry）的數(shù)學框架上。在黎曼幾何的世界里，時空雖然可以彎曲，但它有一個非常“硬性”的設定：無論你朝哪個方向看，無論你運動得有多快，時空度量的標準（也就是你怎么定義距離和時間）本質(zhì)上是對稱的、各向同性的。

而此次研究則使用了“芬斯勒幾何”（Finsler geometry），我們可以將其簡單地理解為，這是“黎曼幾何”的一種數(shù)學上的推廣和延伸，在芬斯勒幾何的世界里，時空的度量依賴于觀察者運動的速度和方向的，也就是說，時空的幾何性質(zhì)會隨著你的運動狀態(tài)發(fā)生微妙的變化。

打個比方，假設你在一個有風的區(qū)域測量距離，在黎曼幾何中，無論你逆風還是順風走，尺子上的“一米”永遠是等價的，但在芬斯勒幾何中，由于時空本身的幾何屬性隨著你的運動方向發(fā)生了變化，你順風走一米和你逆風走一米，在時空的“阻力”或“內(nèi)在感覺”上就會不同。

在研究工作中，科學家將這個更復雜的芬斯勒幾何引入到了描述宇宙膨脹的核心方程——“弗里德曼方程”之中，結果發(fā)現(xiàn)，就算方程里根本沒有那個代表暗能量的常數(shù)，也沒有引入任何額外的能量場，方程的解竟然自然而然地推導出了一個加速膨脹的宇宙。

這就意味著，我們之前認為的暗能量可能根本不存在，而宇宙膨脹背后的真正原因，有可能是時空這種“材質(zhì)”自帶的一種幾何屬性所產(chǎn)生的效應，根據(jù)此次研究的計算，當宇宙尺度足夠大時，這種效應就會顯現(xiàn)出來，表現(xiàn)得就像有一種斥力在推動宇宙膨脹一樣。

科學家指出，奧卡姆剃刀原理告訴我們，如無必要，勿增實體。假如能用“幾何”本身解釋所有現(xiàn)象，為什么要額外假設一種充滿了整個宇宙卻又看不見的“能量”呢？

當然了，此次研究只是證明了“幾何產(chǎn)生加速”在數(shù)學上是行得通的，接下來，科學家還需要找到有力的證據(jù)來對其進行驗證。就目前的情況來看，相關的研究仍在進行之中，期待在未來的日子里，科學家能有更多的發(fā)現(xiàn)。

參考資料：From kinetic gases to an exponentially expanding universe - The Finsler-Friedmann equation，arXiv:2504.08062v2