Quintaverse-Phantiverse Cosmologies in $f(Q,C)$ Gravity: a Non-coincident Geometrical Origin of Cosmic Acceleration

在过去的三十年里，天文学家观察到宇宙正在以越来越快的速度膨胀。这种宇宙加速膨胀是现代科学中最深刻的发现之一，然而，标准的解释仍然令人感到非常不满。主流理论认为，一种被称为“暗能量”的神秘、不可见的能量正在将宇宙推开，其作用就像一种永不改变的恒定力量。然而，这个想法引发的问题比它解决的问题还要多，导致了关于为什么宇宙是在此时此刻加速膨胀，以及为什么涉及的数值看起来如此奇怪地经过了“精细调节”等谜题。由于这些困难，科学家们开始将目光投向超越标准引力规则的领域。他们不再假设空间和时间仅仅是物质上演戏剧的舞台，一些研究人员提出，引力规则本身可能有所不同。他们认为，我们看到的加速并非由某种隐藏的能量源引起，而是宇宙几何结构构建方式的一个自然结果。

在最近的一项研究中，研究人员哈米德·沙巴尼（Hamid Shabani）和阿维克·德（Avik De）探索了一种描述引力的特定新方法，以观察它是否可以在完全不需要任何不可见的暗能量的情况下解释这种加速。他们专注于一个框架，在这个框架中，引力并非像爱因斯坦经典理论那样由空间的曲率定义，而是由一种称为“非度规性”（non-metricity）的属性定义的。在这种观点下，时空的织物在移动过程中并不能完美地保持长度和角度，而这种对几何性质保持能力的失效，正是我们感受到的引力。该团队测试了一个结合了这种几何思想与特定边界项的数学模型，创造了一个能够描述宇宙历史的统一理论。他们的目标是观察这种几何方法能否自然地产生观测到的加速和物质行为，作为一个自洽的宇宙解释。

研究人员通过观察宇宙几何排列的两种不同方式（称为联络类）展开了调查。他们将宇宙视为一个光滑的膨胀球体，并使用一套数学工具来追踪膨胀率随时间的变化。通过将复杂的方程转化为更简单的、逐步进行的系统，他们可以绘制出宇宙可能的未来。他们特别感兴趣的是寻找“不动点”（fixed points），即宇宙趋于稳定的状态。在他们的模型中，他们发现宇宙会自然地演化向一种加速膨达的状态。值得注意的是，这种加速纯粹是从该理论本身的几何结构中涌现出来的。无需发明一种单独的暗能量成分；时空的几何结构本身就驱动了宇宙的加速。

其中一个最引人注目的发现是发现了两种截然不同的加速膨胀类型，作者将其命名为“第五宇宙”（Quintaverse）和“幻象宇宙”（Phantiverse）。这些名称描述了宇宙的有效压力是如何表现的。在“第五宇宙”中，膨胀的表现类似于一种温和、稳定的推动，类似于标准的暗能量模型但略有不同。在“幻象宇宙”中，膨胀则更加极端，表现得仿佛宇宙正被一种随时间增强的力量拉扯。研究表明，这两种情景都是稳定的，并且可以在其几何模型中自然发生。研究人员发现，根据理论中参数的具体数值，宇宙可以从物质主导时期过渡到这两种加速状态之一。

团队还研究了物质在这种新几何景观中的行为。在他们模型的其中一个版本中，他们发现宇宙中的物质行为完全符合我们的预期：物质聚集形成星系，并在加速接管之前减缓膨胀。然而，在另一个版本中，情况变得更加复杂。在这里，能量和动量的守恒无法以通常的方式得到满足。相反，物质看起来像是普通无压尘埃与一种抵抗压缩的奇异硬流体（stiff fluid）的混合物。这表明，在这种特定的几何设置下，我们所感知的暗物质可能实际上是空间几何与其中物质之间深度相互作用的结果，而非一种独立的粒子。

为了确保研究结果的稳健性，研究人员将他们的模型与现实世界的观测进行了对比。他们计算了在他们的理论下，宇宙的膨胀率、遥远超新星的距离以及宇宙的年龄看起来会是什么样子。他们发现，在“幻象宇宙”情景下，对于某些参数值，该模型预测的宇宙年龄比标准模型略大；而在“第五宇宙”情景下，则略小。他们还观察了宇宙的“跳跃”（jerk）和“跃变”（snap），这些是衡量加速随时间变化的度量。他们的模拟显示，该模型中的宇宙从一个与标准模型非常相似的状态开始其旅程，但最终会漂移向一个不同的、稳定的加速状态。

研究结论指出，这种几何方法为标准的暗能量假说提供了一个极具吸引力的替代方案。它证明了宇宙的晚期加速可以成为时空几何的一个内在特征，不需要额外的成分。虽然该模型尚未证明哪种现实版本是正确的，但它成功地展示了一个没有独立暗能量成分的宇宙仍然可以匹配观测到的宇宙膨胀历史。研究人员强调，他们的工作提供了一个理解宇宙的新工具箱，在这里，我们看到的加速不是一个需要通过添加新粒子来解决的谜团，而是宇宙自身形状和结构的自然结果。