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如果要给当今宇宙学找一个“标准答案”,那无疑是ΛCDM模型。
几十年来,它几乎就是一本教科书的代名词:Λ,宇宙学常数,用来解释暗能量;CDM,冷暗物质,用来解释看不见的质量和引力。模型简洁优雅,算出来的结果能和大量观测对得上。
但这栋看似稳固的大厦,正在出现裂缝。
问题不在于它完全错误,而在于它遮掩太多。它告诉你暗能量是一个常数,却完全没有回答这个常数是什么,来自哪里。
它设定暗物质存在,却一直拿不出“现货”,只能列出一大堆候选,比如WIMPs、轴子、黑洞碎片,却没有任何被实验证实。换句话说,ΛCDM像是个会计师,账面数字干净漂亮,但真正的钱放在哪里,没人知道。
这其实并不罕见,科学的演化史就是这样:开普勒写下了行星运动三大定律,却完全不明白行星为什么会按那个轨道跑;牛顿发明了万有引力,却对引力本质一无所知,只能把它当成“远程作用”。
科学总是先找个模型把现象算出来,再等数据积累,慢慢把模型掰开、修补,最后推翻。
现在,ΛCDM遇到的就是这个时刻。
詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和一系列新实验,给了我们前所未有的高精度数据,结果发现,宇宙的“暗区”比我们想象的复杂得多。ΛCDM不过是个简化的账本,它把复杂性都藏在了背后,就像开普勒定律只能描述两体运动,而真正在星系尺度上起作用的,是混乱的多体引力系统。詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的最遥远的星空(按宇宙大爆炸初始几亿年的宇宙)就有了成熟星系和超大质量黑洞,对以往所认识到的宇宙构成了严重挑战。
最刺眼的矛盾,是“哈勃常数张力”。
哈勃常数是宇宙学的核心参数,描述当下宇宙的膨胀速度。早期的数据来自宇宙微波背景(CMB),那是大爆炸留下的余辉;晚期的数据则依靠Ia型超新星和红巨星顶点(TRGB)等“标准烛光”。
理论上,两个方法应该得到同样的结果,但现实是,它们的差距越来越大。
更糟糕的是,这些测量方法相互独立,误差不能互相抵消。你不能再说“是不是仪器出了问题”,因为不同仪器、不同方法、不同团队,得到的结果都一致地“不一致”。
这就意味着,不是测量错了,而是模型本身有问题。要么哈勃常数并不是“常数”,在宇宙不同区域或不同时间段数值不同;要么暗能量根本不是恒定的。
而这时,DESI(暗能量光谱仪)的结果让争议彻底爆炸。
DESI是迄今为止规模最大的暗能量观测计划,它同时观测Ia型超新星和重子声波振荡(BAO)。结果很直接:ΛCDM成立的概率不到0.3%。科学上这已经接近“可以宣判”的级别。更刺激的是,数据甚至暗示暗能量不是一条直线,而是有起伏、有波动的历史。
大约在50亿年前,它可能经历过一次“幽灵态”,即宇宙的压强大于能量密度(w<-1)。如果这种趋势延续下去,就会走向“大撕裂”:星系被撕开、恒星被撕开、行星被撕开,最终连原子核都无法幸免。
当然,是否真有“大撕裂”,还需要更多验证。但至少可以确定,暗能量不是ΛCDM假设的那种一成不变的常数。它更像是一股动态的力量,在宇宙历史中曾经起伏不定,甚至可能在80亿年前就出现过剧烈波动。这远比“Λ常数”要复杂,也让我们重新面对一个尴尬的问题:我们对宇宙的理解,可能还停留在皮毛。
更吊诡的是,就算我们接受暗能量是动态的,它依然解决不了哈勃常数张力。甚至在某些情况下,它会让张力变得更严重。换句话说,我们试图用新补丁去弥补旧漏洞,结果发现漏洞更多了。
二十年前,谁也不敢打包票暗能量研究会有成果。
如今,DESI不到1亿美元的投入,已经撼动了整个标准模型。相比之下,大型强子对撞机花了500亿美元,却没找到任何超越标准模型的新粒子。
再看看韦伯望远镜,花了100亿美元,但它的数据注定会影响未来几十年的宇宙学。可以说,这是科研赌博中少有的“赢麻了”的局面。
那么未来会怎样?可能我们会发现,宇宙里存在不止一种暗能量,甚至有不同种类的暗物质。也可能广义相对论本身需要修改。也可能宇宙的历史并不是单调的一条直线,而更像地球的地质史,经历过不同的“宇宙年代”,每个年代的规律都不一样。
这意味着宇宙学未来的故事,将不会是“一个方程解释一切”的简单模式,而是复杂、曲折,充满意外。
在这种背景下,ΛCDM的确还没有彻底死掉,但它不再是那个高高在上的“唯一答案”。它更像一个过渡性的模型,一个临时框架。真正的宇宙图景,正在新数据中慢慢显露出来。
就像开普勒的定律终将被牛顿取代,牛顿也终将被爱因斯坦修正,ΛCDM最终也会让位于新的理论。而今天,我们正站在这样一个节点上。
所以,与其说ΛCDM在崩塌,不如说科学正在升级。宇宙远比我们想象的辽阔和复杂,而我们刚刚走出第一步。
参考文献:
Leauthaud, Alexie, and Adam Riess. “Looking beyond lambda.” Nature Astronomy 9.8 (2025): 1123–1128.
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