宇宙要“变天”了,观测数据出现了问题,宇宙学极有可能推倒重来

B站影视 内地电影 2025-04-07 08:10 1

摘要:这事的导火索,是最近DESI(暗能量光谱仪)项目发布的新结果。DESI用了4米望远镜、14万个光纤、花了美国能源部的钱,干了一件事:测量数千万个星系和类星体的精确红移,用来标定宇宙膨胀历史。这是目前最雄心勃勃的BAO(重子声波振荡)测量。

标准宇宙学模型正在被一点点掏空。

不是因为哪个理论犯了致命错误,而是因为数据。冷冰冰的数据,开始不听话了。

这事的导火索,是最近DESI(暗能量光谱仪)项目发布的新结果。DESI用了4米望远镜、14万个光纤、花了美国能源部的钱,干了一件事:测量数千万个星系和类星体的精确红移,用来标定宇宙膨胀历史。这是目前最雄心勃勃的BAO(重子声波振荡)测量。

BAO其实是一种声波回声。宇宙还不透明时,等离子体里有引力和光子压力在打架,小尺度扰动像水波一样扩散。宇宙冷却变透明那一刻,声波被冻结,留下一个“标尺”:星系之间更可能间隔500兆光年。这种尺度不会随宇宙局部变化,是目前为止最稳定的宇宙尺子之一。

标准宇宙学模型Lambda-CDM在这套数据里开始出问题了。CDM指的是冷暗物质,这部分暂时还安然无恙。麻烦出在宇宙常数,也就是暗能量的一种极限形式。

宇宙常数是恒定的。爱因斯坦当年叫它“最大错误”,今天我们拿它解释宇宙加速膨胀。这种“常数暗能量”说得通的前提是它不变。但DESI的结果提示,它可能变了

变得不多,但够麻烦。

DESI的BAO数据本身与普朗克卫星的CMB(宇宙微波背景)数据之间,存在2.3 sigma的偏差。这本不足为奇,科学家一般要到5 sigma才会宣称“新物理”,但问题是——这不是孤例。

一旦把BAO和CMB数据、还有标准烛光(如Ia型超新星)联合分析,Lambda-CDM模型撑不住了。不是单点失败,而是整体性扭曲。

暗能量的状态方程参数w,本应恒定为-1。DESI团队改用了一个最简单的“演化模型”——Chevallier-Polarski-Linder(CPL)形式,让w随红移变化。数据配得更好了。在最“激进”的组合下,这种变化的w达到了4.2 sigma的显著性。

但要说清楚:这个结果不是DESI单独得出来的。DESI+Planck+CMB+SN才能把这个结论推上前台,DESI自己说话还不够分量。这种“复合证据”有点像拼图,单片没问题,拼起来就不对了。

有种可能是——Lambda-CDM错了。宇宙膨胀并非由一个恒定的能量驱动,而是某种随时间衰减的暗能量场在主导。如果真是这样,宇宙命运就得改写。

标准模型下,宇宙会走向热寂(Heat Death):加速膨胀直到稀释一切结构。但若暗能量逐渐减弱,加速度终将归零,宇宙转向“大冷”或“临界膨胀”,远比热寂温和些。还有极端情况:早期暗能量达到w

但这只是个模型。CPL只是把w的变化线性化,它不代表真实的暗能量动力学。换句话说,即便数据不符合w = -1,也不说明宇宙选了这条演化路线。只是它暂时配得最好

这里还不能忽略一种老问题:系统误差。

所有这些数据集,CMB、BAO、SN,都来自不同观测系统。Planck卫星是空间望远镜,DESI是地面仪器,超新星红移测量方法又不同。每个团队都说自己的误差已被考虑进去,但历史上这种说法多次出问题。比如OPERA实验曾宣布发现超光速中微子,结果是光纤插错了。

目前看,最合理的谨慎态度是保持观望,但不忽视。

尤其值得关注的是,ACT团队(Atacama Cosmology Telescope)对CMB做了独立测量。他们认为结合ACT和Planck数据,会偏向一个更高的H₀和更低的Ωₘ,有望与DESI结果更靠近。这也许是方向,但ACT数据还没有完全整合进来。

所有这些“张力”(tension)最终归结到一个问题:我们究竟是哪里错了?是数据错了,还是模型错了?换句话说,是望远镜出毛病了,还是宇宙真的不按剧本来?

“哈勃张力”是前菜。不同方法测H₀值,超新星给74,CMB给67,差了10%,且持续几年没能解释清楚。现在DESI又加一把火。不仅H₀对不上,Ωₘ也对不上,连暗能量的稳定性也开始摇晃。

每一个偏差都在容忍范围内,但多组独立数据、多个参数偏离,合在一起就不是“统计波动”,而是趋势。

这也是当前宇宙学最真实的图景——模型不是一夜崩塌的,而是被蚕食的。每一个新的观测计划,可能都在不经意中敲掉一个螺丝钉。

还有一个问题没人敢高声谈论:如果Lambda-CDM真的不适用了,我们拿什么代替它?

目前的替代模型都非常粗糙,甚至没有完备的预言能力。动力学暗能量、早期暗能量、耦合场、f(R)重力理论……每种方案都有漏洞,要么理论不完备,要么与观测不兼容。

所以对宇宙学家来说,最糟糕的不是旧模型错了,而是新模型还没准备好

DESI不是终点,只是开始。接下来是Euclid卫星、Vera Rubin望远镜、Roman空间望远镜,这些项目的数据将在未来十年逐一落地。每一个,都可能是压垮Lambda-CDM的最后一根稻草,也可能是为它正名的关键证据。

未来十年,宇宙学不会是风平浪静,而更可能是翻桌重来

来源:老胡科学一点号

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