宇宙学迎来重大挑战？

近日，暗能量光谱巡天项目(DESI)发布了其首个官方数据，涵盖了该仪器运行的前13个月。分析结果显示，暗能量可能并非一直以来被认为的宇宙学常数，其对宇宙的影响或许正在随着时间的推移而减弱。如果这一发现得到后续数据的证实，将会对现有的宇宙学标准模型——ΛCDM模型，造成巨大冲击。

这个消息无疑是爆炸性的：我们对宇宙的认知，可能存在根本性的偏差。至少，科学家们可能已经在支撑整个天体物理学的理论基石——ΛCDM模型上，凿开了一个足以撼动其地位的巨大缺口。

DESI项目及其目标

在过去的13个月里，全球各地的天文学家都在合作使用暗能量光谱巡天项目(DESI)并分析其收集的数据。正如其名称所示，DESI的主要目标是研究暗能量。该团队的目标是“对暗能量的状态方程、引力驱动的大尺度结构增长以及中微子质量之和施加前所未有的限制，并探索原始膨胀的观测特征。”

可以说，这些目标非常远大。

数据发布与关键发现

DESI近日发布了其首个数据版本(Data Release 1)，其中包含了该仪器运行前13个月的所有观测数据。与此同时，大量的论文详细介绍了对这些数据进行的第一轮分析。虽然从中得出了许多令人兴奋的结论，但其中一个结果最为引人注目：暗能量可能并非宇宙学常数。

这看似简单的声明，实则影响深远。1998年，暗能量的发现从根本上改变了我们对宇宙的认知。我们突然意识到，我们所处的宇宙并非是仅仅由大爆炸膨胀而来且膨胀速度随着时间推移而减缓的无限气泡，而是在加速膨胀。这种加速膨胀的能量必然来自某个地方，于是暗能量的概念应运而生。

DESI团队的新发现并没有否定这一图景，而是对其进行了显著的修正。新的数据表明，由暗能量引起的加速膨胀，其速度正在随着时间的推移而减缓，而不是永远加速膨胀到无穷。这意味着，暗能量不仅不是对宇宙的恒定影响，而且似乎正在逐渐减弱。

数据来源与分析方法

该团队使用了两个庞大的数据集来得出这一结论。首先是Data Release 1。通过这个数据集，团队得以测量可见物质的大尺度涨落（称为重子声波振荡，BAO）以及星系际介质的行为（通过观测莱曼α森林）。由于DESI可以观测到宇宙的遥远深处，因此它也可以观测到数十亿年前的宇宙状态。

第二个主要数据集是尚未发布的DESI Data Release 2，团队从中提取了第二轮BAO测量数据。此外，他们还使用了描述宇宙微波背景辐射和Ia型超新星行为的外部数据集。科学家们结合所有这些数据，分析其所揭示的信息，并将其与现有理论和计算进行比较，最终得出结论：最能解释我们所观测到的现象的公式，是那些将暗能量表示为变量而非常数的公式。

对标准模型的潜在影响

为了理解这一发现的重要性，我们不妨回顾一下宇宙学标准模型的科学名称。分解ΛCDM，其中CDM代表冷暗物质，而Λ是宇宙学常数，代表暗能量的影响。如果这一发现得到证实，那么ΛCDM中的Λ将不复存在，因为这个组成部分本质上就是错误的。

“可以公平地说，如果从表面上看，这个结果似乎是我们自发现暗能量以来，大约25年来关于暗能量性质的最大暗示，”最初发现暗能量的天体物理学家之一Adam Riess告诉《纽约时报》。

事实上，可变暗能量的概念并非首次被提出，甚至DESI团队的研究人员早在几个月前发布的早期数据中就已暗示了这种可能性。但这一次，我们得到了迄今为止最好的证据。为了衡量团队对其结果的确定程度，科学家们使用统计显著性的单位——西格玛(σ)来表达发现的确定性，以此描述他们所探测到的现象是偶然事件的可能性。专家们认为，当某件事的统计显著性达到5σ时，才算是一项真正的“发现”，这意味着该发现是随机波动的可能性只有三千五百万分之一。而这次对暗能量演化的探测的统计显著性峰值为4.2σ，这意味着是偶然事件的可能性约为五万分之一。因此，虽然还没到“尤里卡”的程度，但绝对令人兴奋。正如宇宙学家Wendy Freedman告诉《华盛顿邮报》的那样：“我们仍然处于‘有趣’或‘敬请关注’的阶段。非常耐人寻味，但尚未最终确定。”

与其他研究的比较

值得注意的是（正如《纽约时报》指出的那样），另一个同样规模庞大且令人印象深刻的近期研究，由使用阿塔卡玛宇宙学望远镜的联盟进行，该研究似乎证实了ΛCDM模型的准确性——至少在早期宇宙中是这样。该团队部分通过进一步证实哈勃张力，得出结论：我们目前的模型似乎仍然有效。

“令我震惊的是，我们甚至没有看到任何这些新物理扩展的暗示，”参与该团队的宇宙学家Colin Hill告诉《科学新闻》。“这表明我们可能需要真正回到我们理解宇宙学的一些基本假设。”

关键在于，阿塔卡玛研究的正确性并不排除DESI研究也正确。它只是给科学家们增加了更多的难题。

对宇宙未来的潜在影响

那么，这一切意味着什么呢？除了加深我们对浩瀚宇宙的理解之外，它还意味着我们或许能够更好地描绘宇宙的终结。就目前而言，ΛCDM模型暗示宇宙中的一切将会随着时间的推移而越来越快地飞散，直到一切都彼此远离，最终完全毁灭。

但如果ΛCDM中的Λ更像是一个方程式而不是一个常数——尤其是一个表明暗能量效应正在随着时间的推移而减弱的方程式——那么我们的宇宙可能就不会注定要自我撕裂。相反，它可能会崩溃回一个无限密集的点，正如大坍缩假说所描述的那样，这是一种与大爆炸相反的过程。或者，如果我们非常幸运，它可能会完全稳定下来。一个无限冻结的宇宙，永恒存在。

所有这些都还有待科学家们去弄清楚。幸运的是，这正是他们想要做的。

“这实际上是给该领域打了一针强心剂，”宇宙学家和DESI发言人Will Percival告诉《纽约时报》。“现在我们有目标可以追逐了。”