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一個很大的事情正在發(fā)生。去年，1000多名宇宙學(xué)家投下了一顆重磅炸彈：暗能量，那個讓宇宙加速膨脹的“幕后黑手”，可能在減弱。消息一出，業(yè)內(nèi)震動，但沒人敢下定論。畢竟，數(shù)據(jù)只是初步的，證據(jù)也還不夠硬。 現(xiàn)在，情況不一樣了。 暗能量光譜儀（DESI）團(tuán)隊(duì)帶來了更龐大的數(shù)據(jù)集，分析范圍擴(kuò)大了一倍，結(jié)果更明確：暗能量的“發(fā)動機(jī)”似乎真的在熄火。與此同時，另一個獨(dú)立團(tuán)隊(duì)——暗能量巡天（DES）也給出了類似的證據(jù)。 兩個團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立觀測，得出了相似的結(jié)論。這不是巧合。 如果暗能量真的在變化，那對整個宇宙學(xué)框架來說就是一次顛覆。在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型中，暗能量被認(rèn)為是空間本身的屬性，也就是“真空能量”，它應(yīng)該是恒定不變的。而現(xiàn)在的觀測數(shù)據(jù)表明，它可能在逐漸衰減。 一個非常關(guān)鍵的細(xì)節(jié)是，暗能量并不是線性衰減，而是先增強(qiáng)，再減弱。換句話說，它在大約60億年前還在變強(qiáng)，而現(xiàn)在可能進(jìn)入了減弱期。這意味著，暗能量可能不是一種簡單的常數(shù)，而是某種演化中的實(shí)體。 如果這是真的，那么愛因斯坦的引力理論可能存在漏洞。這不僅是宇宙未來的問題，也是我們對物理世界最基本理解的問題。 從20世紀(jì)90年代末開始，科學(xué)家通過超新星觀測發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹在加速。愛因斯坦的“宇宙學(xué)常數(shù)”被重新啟用，作為解釋加速膨脹的理論基石。但這個常數(shù)現(xiàn)在似乎站不住腳了。  DESI的工作方式很獨(dú)特。它安裝在美國亞利桑那州的基特峰天文臺，有5000個獨(dú)立的光纖探測器，每天晚上不停掃描星空，捕捉銀河系之外數(shù)百萬個星系的光譜信息。 第一年的數(shù)據(jù)覆蓋了600萬星系，分析發(fā)現(xiàn)暗能量可能在變化。但團(tuán)隊(duì)非常謹(jǐn)慎，只用了“提示”這個詞。三年的數(shù)據(jù)覆蓋了1500萬星系，暗能量演化的證據(jù)更強(qiáng)了。 更重要的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，即使去掉宇宙微波背景數(shù)據(jù)，甚至去掉超新星數(shù)據(jù)，暗能量的變化趨勢依然存在。這說明，這不是某個特定數(shù)據(jù)集的問題，而是一個系統(tǒng)性的偏離。 從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來看，去年數(shù)據(jù)的顯著性達(dá)到了3.9 sigma，而現(xiàn)在已經(jīng)提升到了4.2 sigma。這意味著，如果暗能量是恒定的，那么觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)目前這種偏差的概率只有三萬分之一。 這還不是“鐵證”，但已經(jīng)很接近物理學(xué)界的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”——5 sigma。 與此同時，DES團(tuán)隊(duì)也給出了相似的結(jié)果。他們的望遠(yuǎn)鏡位于智利安第斯山脈，過去五年拍攝了天空12%的區(qū)域，觀測了數(shù)量空前的超新星，并利用星系的分布來測量宇宙膨脹率。 他們的結(jié)果顯示，暗能量的變化符合DESI的結(jié)論，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型正在遭遇挑戰(zhàn)。 這對物理學(xué)界來說，是個讓人興奮，也讓人焦慮的時刻。如果暗能量真的在變化，那它到底是什么？一種可能性是，宇宙中存在一種新的基本場，這個場的能量密度會隨時間變化，從而導(dǎo)致宇宙加速膨脹的速率發(fā)生變化。這類似于早期宇宙暴脹時期的“標(biāo)量場”機(jī)制。另一種可能性是，宇宙的幾何結(jié)構(gòu)比我們想象的更復(fù)雜，引力可能在大尺度上存在一些尚未發(fā)現(xiàn)的修正項(xiàng)。 更激進(jìn)的觀點(diǎn)認(rèn)為，這可能是弦理論的一種體現(xiàn)。哈佛大學(xué)的弦理論學(xué)家Cumrun Vafa認(rèn)為，弦論預(yù)言宇宙的真空能量應(yīng)該是逐漸降低的。現(xiàn)在的觀測結(jié)果，可能正好吻合這個預(yù)言。 但并不是所有人都接受這種觀點(diǎn)。 加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家Raphael Bousso則堅(jiān)決反對。他認(rèn)為，真空能量應(yīng)該是恒定的，這不僅是愛因斯坦理論的要求，也是量子場論的基本預(yù)測。如果暗能量真的變化，那就意味著存在某種“額外”的物理機(jī)制，而目前的觀測數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)不足以支持這一點(diǎn)。 誰對誰錯？現(xiàn)在下結(jié)論還太早。DESI的終極數(shù)據(jù)集將在2026年或2027年完成，屆時望遠(yuǎn)鏡將觀測5000萬個星系，繪制宇宙有史以來最精確的三維地圖。DES團(tuán)隊(duì)也將在今年發(fā)布關(guān)于宇宙物質(zhì)分布的新數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將進(jìn)一步檢驗(yàn)暗能量的變化趨勢。 更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡也在路上，比如歐洲的歐幾里得衛(wèi)星、美國的羅曼太空望遠(yuǎn)鏡，以及正在建設(shè)中的巨型望遠(yuǎn)鏡陣列。這些設(shè)備將在未來十年內(nèi)徹底改寫我們對宇宙的理解。 如果暗能量的變化最終被確認(rèn)，那宇宙學(xué)就將迎來自上世紀(jì)愛因斯坦提出廣義相對論以來最大的變革之一。 更重要的是，這一切并不是孤立的現(xiàn)象。 近些年來，宇宙學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了一系列異常，比如哈勃常數(shù)測量值的不一致、暗物質(zhì)的奇怪行為、以及宇宙微波背景中的溫度波動異常。這些問題可能都是同一個更深層次物理規(guī)律的不同表現(xiàn)形式。如果把所有的異常數(shù)據(jù)拼湊在一起，一個可能的結(jié)論是：我們對宇宙最基本的理解，可能真的有問題了。 接下來的幾年，將是宇宙學(xué)最關(guān)鍵的時刻。 |
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