关于暗能量是否恒定(即宇宙学常数)的争论日益激烈。过去,宇宙微波背景(CMB)、超新星和宇宙大尺度结构这三大观测证据共同支持了一个由 宇宙常数 主导的宇宙模型(ΛCDM)。然而,随着测量精度的提高,这些数据集之间出现了明显的分歧,尤其是关于宇宙膨胀率的 “哈勃张力”。最新的 DESI 数据虽暗示暗能量可能随时间减弱,但这一结论依赖于将本身存在矛盾的不同数据集进行组合,且证据本身并不充分。因此,科学界的主流观点是,虽然暗能量演化的可能性存在,但在获得更确凿的数据之前,下定论为时过早。
曾经的共识:宇宙学常数
长期以来,宇宙学家们依赖三大支柱来描绘宇宙的图景:
- 宇宙微波背景 (CMB): 大爆炸的余晖,其微小的温度波动揭示了宇宙早期结构的种子。
- Ia 型超新星: 作为“标准烛光”,它们的亮度已知,通过观测其距离和红移可以测量宇宙的膨胀历史。
- 宇宙大尺度结构: 通过测量星系之间的距离分布,特别是其中的“重子声学振荡”特征,来揭示宇宙的膨胀。
在很长一段时间里,这三种独立的证据都指向同一个结论:宇宙由大约 70% 的暗能量、25% 的暗物质和 5% 的普通物质组成。这里的暗能量被认为是一个 宇宙常数(用希腊字母 Λ 表示),其密度在时空中恒定不变。这个模型被称为 ΛCDM。
裂痕的出现:数据间的矛盾
随着观测技术进步,数据变得越来越精确,原先和谐的图景开始出现裂痕。不同的测量方法得出了相互矛盾的结果。
- CMB 数据 (来自普朗克卫星): 指向一个膨胀率为 67 km/s/Mpc 的宇宙,其中物质占 32%,暗能量占 68%。
- 超新星数据: 测量出的膨胀率约为 73 km/s/Mpc,对应的物质约占 34%,暗能量约占 66%。
- 大尺度结构数据 (来自 DESI): 指向一个物质占 29%、暗能量占 71% 的宇宙。
这两种膨胀率的测量方法——CMB 代表的“早期遗迹”法和超新星代表的“距离阶梯”法——给出的结果互不兼容。这个差异被称为 “哈勃张力”,是现代宇宙学最棘手的问题之一。
如何解释这些矛盾?
面对这些不一致的数据,科学家们提出了几种可能的解释:
- 数据存在未知的系统误差: 最保守的看法是,至少有一个或多个数据集中存在我们尚未识别的错误或偏差。
- 宇宙的成分在演化: 一种更激进的观点是,宇宙的某些基本属性可能随时间发生了变化。
- 暗能量并非恒定: 暗能量的密度或性质可能在随时间改变。
- 暗物质存在未知特性: 暗物质的行为可能比我们想象的更复杂。
暗能量正在演化吗?
最新的 DESI 大尺度结构数据为“暗能量演化”的观点提供了一些线索。然而,这个结论的得出方式值得警惕。
- 单独看 DESI 数据: 其本身并不足以证明暗能量在演化,证据强度很弱(小于 2-sigma)。
- 组合不同的数据集: 只有将 DESI 数据与 CMB 或超新星数据结合起来分析时,支持暗能量演化的证据才会变得显著(达到 3-sigma 甚至 4-sigma)。
问题在于,这种做法相当于把本身就相互矛盾的数据强行捏合在一起,然后得出一个结论。如果前提(数据兼容)就是错的,那么结论的可靠性就要大打折扣。
更重要的是,如果强行接受暗能量演化的模型,会引发新的物理问题,例如推导出 违背物理学的负值中微子质量。这表明,简单的“暗能量演化”可能并不是解决所有矛盾的完美答案。
结论:保持开放,等待更佳证据
目前,宣称“暗能量正在演化”的说法还为时过早。这是一种可能性,但远非定论。将不同来源的、存在张力的数据集结合起来得出惊人结论是一种有风险的科学实践。
真正的突破可能需要等待下一代观测设备提供更高质量、更少模糊性的数据。包括 ESA 的 Euclid、NASA 的 SPHEREx、鲁宾天文台和罗曼空间望远镜在内的项目,将在未来几年内极大地提升我们的观测能力。
最明智的做法是 对暗能量演化的可能性保持开放心态,但坚持要求在得出明确结论之前,必须有更优质、更明确的数据支持。