如果要給當(dāng)今宇宙學(xué)找一個“標(biāo)準(zhǔn)答案”,那無疑是ΛCDM模型。
幾十年來,它幾乎就是一本教科書的代名詞:Λ,宇宙學(xué)常數(shù),用來解釋暗能量;CDM,冷暗物質(zhì),用來解釋看不見的質(zhì)量和引力。模型簡潔優(yōu)雅,算出來的結(jié)果能和大量觀測對得上。
但這棟看似穩(wěn)固的大廈,正在出現(xiàn)裂縫。
問題不在于它完全錯誤,而在于它遮掩太多。它告訴你暗能量是一個常數(shù),卻完全沒有回答這個常數(shù)是什么,來自哪里。
它設(shè)定暗物質(zhì)存在,卻一直拿不出“現(xiàn)貨”,只能列出一大堆候選,比如WIMPs、軸子、黑洞碎片,卻沒有任何被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。換句話說,ΛCDM像是個會計(jì)師,賬面數(shù)字干凈漂亮,但真正的錢放在哪里,沒人知道。
這其實(shí)并不罕見,科學(xué)的演化史就是這樣:開普勒寫下了行星運(yùn)動三大定律,卻完全不明白行星為什么會按那個軌道跑;牛頓發(fā)明了萬有引力,卻對引力本質(zhì)一無所知,只能把它當(dāng)成“遠(yuǎn)程作用”。
科學(xué)總是先找個模型把現(xiàn)象算出來,再等數(shù)據(jù)積累,慢慢把模型掰開、修補(bǔ),最后推翻。
現(xiàn)在,ΛCDM遇到的就是這個時刻。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)和一系列新實(shí)驗(yàn),給了我們前所未有的高精度數(shù)據(jù),結(jié)果發(fā)現(xiàn),宇宙的“暗區(qū)”比我們想象的復(fù)雜得多。ΛCDM不過是個簡化的賬本,它把復(fù)雜性都藏在了背后,就像開普勒定律只能描述兩體運(yùn)動,而真正在星系尺度上起作用的,是混亂的多體引力系統(tǒng)。
最刺眼的矛盾,是“哈勃常數(shù)張力”。
哈勃常數(shù)是宇宙學(xué)的核心參數(shù),描述當(dāng)下宇宙的膨脹速度。早期的數(shù)據(jù)來自宇宙微波背景(CMB),那是大爆炸留下的余輝;晚期的數(shù)據(jù)則依靠Ia型超新星和紅巨星頂點(diǎn)(TRGB)等“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。
理論上,兩個方法應(yīng)該得到同樣的結(jié)果,但現(xiàn)實(shí)是,它們的差距越來越大。
更糟糕的是,這些測量方法相互獨(dú)立,誤差不能互相抵消。你不能再說“是不是儀器出了問題”,因?yàn)椴煌瑑x器、不同方法、不同團(tuán)隊(duì),得到的結(jié)果都一致地“不一致”。
這就意味著,不是測量錯了,而是模型本身有問題。要么哈勃常數(shù)并不是“常數(shù)”,在宇宙不同區(qū)域或不同時間段數(shù)值不同;要么暗能量根本不是恒定的。
而這時,DESI(暗能量光譜儀)的結(jié)果讓爭議徹底爆炸。
DESI是迄今為止規(guī)模最大的暗能量觀測計(jì)劃,它同時觀測Ia型超新星和重子聲波振蕩(BAO)。結(jié)果很直接:ΛCDM成立的概率不到0.3%。科學(xué)上這已經(jīng)接近“可以宣判”的級別。更刺激的是,數(shù)據(jù)甚至暗示暗能量不是一條直線,而是有起伏、有波動的歷史。
大約在50億年前,它可能經(jīng)歷過一次“幽靈態(tài)”,即宇宙的壓強(qiáng)大于能量密度(w<-1)。如果這種趨勢延續(xù)下去,就會走向“大撕裂”:星系被撕開、恒星被撕開、行星被撕開,最終連原子核都無法幸免。
當(dāng)然,是否真有“大撕裂”,還需要更多驗(yàn)證。但至少可以確定,暗能量不是ΛCDM假設(shè)的那種一成不變的常數(shù)。它更像是一股動態(tài)的力量,在宇宙歷史中曾經(jīng)起伏不定,甚至可能在80億年前就出現(xiàn)過劇烈波動。這遠(yuǎn)比“Λ常數(shù)”要復(fù)雜,也讓我們重新面對一個尷尬的問題:我們對宇宙的理解,可能還停留在皮毛。
更吊詭的是,就算我們接受暗能量是動態(tài)的,它依然解決不了哈勃常數(shù)張力。甚至在某些情況下,它會讓張力變得更嚴(yán)重。換句話說,我們試圖用新補(bǔ)丁去彌補(bǔ)舊漏洞,結(jié)果發(fā)現(xiàn)漏洞更多了。
二十年前,誰也不敢打包票暗能量研究會有成果。
如今,DESI不到1億美元的投入,已經(jīng)撼動了整個標(biāo)準(zhǔn)模型。相比之下,大型強(qiáng)子對撞機(jī)花了500億美元,卻沒找到任何超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子。
再看看韋伯望遠(yuǎn)鏡,花了100億美元,但它的數(shù)據(jù)注定會影響未來幾十年的宇宙學(xué)??梢哉f,這是科研賭博中少有的“贏麻了”的局面。
那么未來會怎樣?可能我們會發(fā)現(xiàn),宇宙里存在不止一種暗能量,甚至有不同種類的暗物質(zhì)。也可能廣義相對論本身需要修改。也可能宇宙的歷史并不是單調(diào)的一條直線,而更像地球的地質(zhì)史,經(jīng)歷過不同的“宇宙年代”,每個年代的規(guī)律都不一樣。
這意味著宇宙學(xué)未來的故事,將不會是“一個方程解釋一切”的簡單模式,而是復(fù)雜、曲折,充滿意外。
在這種背景下,ΛCDM的確還沒有徹底死掉,但它不再是那個高高在上的“唯一答案”。它更像一個過渡性的模型,一個臨時框架。真正的宇宙圖景,正在新數(shù)據(jù)中慢慢顯露出來。
就像開普勒的定律終將被牛頓取代,牛頓也終將被愛因斯坦修正,ΛCDM最終也會讓位于新的理論。而今天,我們正站在這樣一個節(jié)點(diǎn)上。
所以,與其說ΛCDM在崩塌,不如說科學(xué)正在升級。宇宙遠(yuǎn)比我們想象的遼闊和復(fù)雜,而我們剛剛走出第一步。
參考文獻(xiàn):
Leauthaud, Alexie, and Adam Riess. “Looking beyond lambda.” Nature Astronomy 9.8 (2025): 1123–1128.
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