北京
宇宙可能遵循了一条截然不同的时间线，但其婴儿时期产生的元素组成仍然吻合。
如果宇宙不是138亿岁，暗物质和暗能量也不是宇宙的真实组成部分，会怎样？一种替代理论提出了这样的设想：它把宇宙年龄定为267亿年，并通过不断变化的基本常数来解释宇宙观测结果。在一项新研究中，渥太华大学的研究人员提出了这一非常规图景，挑战了现代物理学的一些最大假设。
这一理论被称为“协变耦合常数加疲劳光”（CCC+TL），它提出，支配物理相互作用的基本常数会随着宇宙时间一起变化。这些变化可能产生科学家目前归因于暗物质和暗能量的效应。然而，要取代被称为Lambda冷暗物质模型（ΛCDM）的标准宇宙学模型，仅仅解释不寻常的星系还不够。替代模型还必须重现宇宙最早时刻的证据。
不同的宇宙能产生相同的元素吗？
最有力的检验之一来自大爆炸核合成（BBN），即宇宙最初几分钟内第一批轻元素形成的过程。随着炽热的宇宙膨胀并冷却，核反应产生了氢、氦、氘和少量锂。对这些元素丰度的预测，是标准模型最重要的观测检验之一。不同的膨胀历史会改变宇宙冷却的速度，也会改变核反应可发生的时间长短。
研究人员说，在他们的研究中，“我们考察了大爆炸核合成（BBN）是否仍然与协变耦合常数加疲劳光（CCC+TL）宇宙学相容。”他们的计算使用了该模型的一个特征，称为普适标度函数，它描述长度等有量纲的物理量如何随宇宙时间变化。在与BBN相关的极高红移下，该函数趋近于约等于3的值。这意味着在给定温度下，宇宙膨胀速率会比ΛCDM中慢约三倍。不过，研究人员提出，核反应速率和中子衰变速率也以相同倍数减慢，从而保持它们与膨胀速率的关系。
研究人员如何检验该模型
为了考察这种可能性，团队修改了既有的Kawano/NUC123计算机代码，该代码用于模拟大爆炸核合成。他们引入了一个名为fctl的标度参数，并调整膨胀速率和核反应速率，以代表CCC+TL。随后他们比较了两组计算：一组fctl = 1，代表标准ΛCDM；另一组fctl = 3，代表CCC+TL。对轻元素丰度的预测几乎完全相同。差异只出现在第三或第四位有效数字上，研究人员将其归因于数值舍入。
该研究第一作者、渥太华大学物理系兼职教授拉金德拉·古普塔说：“大多数新兴模型只能解释有限的一组观测。新模型不能与宇宙学和天体物理学的支柱相冲突，而我们的发现通过了这一挑战，包括尚未发表的宇宙微波背景挑战。”
结果有希望，但还不是定论
这些发现提供了一项重要的一致性检验，但并未证明暗物质和暗能量是不必要的。该结果依赖于一个假设：核反应速率和中子衰变与膨胀速率遵循相同的标度关系。研究人员承认，这是一个提出的假设，仍需要更强的物理依据。团队还考察了长期存在的锂问题。标准计算预测的原初锂-7多于天文学家在古老恒星中观测到的数量。
在CCC+TL中，推断出的重子密度较低，使预测的锂丰度减少约2.6倍。然而，这也会使预测的氘丰度翻倍，从而造成另一个分歧。就目前而言，这项研究表明，一种替代宇宙学模型能够重现标准模型关于早期宇宙的最重要预测之一。其基本设定能否经受住其他观测的检验，包括宇宙膨胀和宇宙微波背景的测量，仍是一个悬而未决的问题。
该研究发表在《Universe》期刊上。
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