暗能量可能正在演化

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翻譯：葛文迪

校對(duì)：牧夫校對(duì)組

編排：胡暖暖

后臺(tái)：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-03-framework-dark-energy-evolving-linked.html

中國(guó)的一個(gè)宇宙學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了一種數(shù)學(xué)框架，可以同時(shí)研究宇宙學(xué)中兩個(gè)最深的謎團(tuán)。中國(guó)科學(xué)院的陳云及其同事在《天體物理學(xué)雜志》上發(fā)表的研究表明，他們的工作可能為當(dāng)前ΛCDM模型的重要修正鋪平道路，同時(shí)解決期待已久的哈勃疑難問題。

限制暗物質(zhì)相互作用。圖片來源：張卓明等。

ΛCDM模型的兩大挑戰(zhàn)

直到最近，我們對(duì)宇宙學(xué)的理解一直由ΛCDM模型支撐，這是一個(gè)主要基于三個(gè)關(guān)鍵組成部分的數(shù)學(xué)框架。第一個(gè)是宇宙學(xué)常數(shù)：一個(gè)與暗能量相關(guān)的固定值，被認(rèn)為驅(qū)動(dòng)著宇宙的加速膨脹。第二個(gè)是冷暗物質(zhì)，被認(rèn)為約占宇宙中所有物質(zhì)的85%，盡管從未被直接觀測(cè)到。第三個(gè)是普通物質(zhì)，我們可以通過天文觀測(cè)來探測(cè)。

盡管該模型的預(yù)測(cè)在數(shù)十年的檢驗(yàn)中保持穩(wěn)定，但這一圖景最近面臨越來越大的壓力。暗能量光譜儀（DESI）的觀測(cè)分析似乎動(dòng)搖了ΛCDM關(guān)于暗能量本質(zhì)的核心預(yù)測(cè)。

"這些發(fā)現(xiàn)從根本上挑戰(zhàn)了ΛCDM框架的基本信條，讓我們必須對(duì)替代暗能量假說進(jìn)行全面、系統(tǒng)的探索，"陳云說。

與這一新出現(xiàn)的挑戰(zhàn)并存的是一個(gè)更深層次的、與哈勃定律相關(guān)的問題——即星系與銀河系的距離與其遠(yuǎn)離我們的速度之間的清晰線性關(guān)系。這種關(guān)系已經(jīng)通過數(shù)十年的天文觀測(cè)進(jìn)行了廣泛測(cè)量。

"這一標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的持續(xù)挑戰(zhàn)被稱為'哈勃疑難'，指的是對(duì)當(dāng)今膨脹率測(cè)量之間公認(rèn)的不一致，"陳云解釋道。"例如，基于宇宙微波背景（CMB）的估計(jì)與距離階梯測(cè)量之間存在顯著差異。"

即使這些觀測(cè)方法不斷改進(jìn)，它們之間的差異仍然頑固地持續(xù)存在。

結(jié)合宇宙學(xué)探測(cè)手段

在他們的研究中，陳云與合作者徐騰鵬以及在讀博士生張卓明提出，這兩個(gè)令人困惑的挑戰(zhàn)可能相互關(guān)聯(lián)。

為了確定它們是否能在ΛCDM之外的宇宙學(xué)模型中得到解決，或者它們是否指向?qū)A(chǔ)物理學(xué)的全新理解，研究人員認(rèn)為必須在一個(gè)統(tǒng)一的框架內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行研究。

為構(gòu)建這一框架，研究團(tuán)隊(duì)考慮了不同的宇宙膨脹探測(cè)手段對(duì)宇宙歷史不同時(shí)期的敏感性。例如，雖然宇宙微波背景（CMB）測(cè)量非常適合探測(cè)高紅移宇宙，但包括Ia型超新星和重子聲學(xué)振蕩在內(nèi)的探測(cè)手段更適合研究較晚期的鄰近星系。

他們沒有將所有這些數(shù)據(jù)合并在一起，而是讓每種探測(cè)手段獨(dú)立地對(duì)各自最適合的時(shí)期進(jìn)行預(yù)測(cè)。

"這種方法有兩個(gè)關(guān)鍵目的。首先，它使我們能夠打破模型參數(shù)之間的簡(jiǎn)并性，否則這些參數(shù)難以區(qū)分，"陳云說。"其次，也是最重要的，它使我們能夠識(shí)別哪些特定的宇宙學(xué)模型受到來自不同宇宙時(shí)期數(shù)據(jù)的青睞。"

總之，這種多探測(cè)手段策略使團(tuán)隊(duì)能夠揭示暗能量的獨(dú)特特征，展示其行為在宇宙歷史進(jìn)程中可能發(fā)生的變化。

尚無明確優(yōu)勝者

為驗(yàn)證他們的框架，陳的團(tuán)隊(duì)比較了五種不同暗能量模型的預(yù)測(cè)，包括標(biāo)準(zhǔn)ΛCDM模型。他們的分析揭示了四個(gè)關(guān)鍵結(jié)果。首先，哈勃疑難在所有五個(gè)模型中仍然是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，這表明問題的根源可能在于我們對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)的核心理解——或者是尚未解決的系統(tǒng)誤差。

"其次，我們的分析顯示，無論使用何種數(shù)據(jù)集組合，沒有任何替代模型相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)ΛCDM模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)，"陳云解釋道。"這凸顯了當(dāng)前的觀測(cè)數(shù)據(jù)雖然精度很高，但尚不足以明確區(qū)分這些相互競(jìng)爭(zhēng)的暗能量理論描述。"

第三，該框架發(fā)現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，表明暗能量的性質(zhì)自早期宇宙以來已經(jīng)演化。最后，研究團(tuán)隊(duì)識(shí)別出暗物質(zhì)與暗能量之間存在相互作用的可能性：這一結(jié)果將挑戰(zhàn)當(dāng)前對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)的理解。

探尋新答案

綜合這些結(jié)論，它們對(duì)當(dāng)前形式的ΛCDM模型提出了明確的挑戰(zhàn)。同時(shí)，它們指出了兩條清晰的前進(jìn)路徑：一個(gè)檢驗(yàn)暗能量的新框架，以及對(duì)暗物質(zhì)與暗能量之間相互作用的針對(duì)性探索。

然而，在宇宙學(xué)家能夠充分推進(jìn)這些方向之前，他們需要新一代的多探測(cè)手段巡天觀測(cè)、更復(fù)雜的理論框架，以及解決不確定性的嚴(yán)謹(jǐn)方法。

"只有通過這些綜合努力，我們才有希望最終解釋驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的機(jī)制，并解決天文學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前面臨的關(guān)鍵分歧，"陳云說。如果這些條件得到滿足，此類努力將使新老宇宙學(xué)謎題的滿意解答更接近現(xiàn)實(shí)。

責(zé)任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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火星上的“心”形圖案，這些圖片由NASA火星全球探勘者號(hào)（Mars Global Surveyor，簡(jiǎn)稱MGS）拍攝。