一项大规模的银河调查表明，暗能量可能并不是恒定的。
伟大的俄罗斯物理学家、诺贝尔奖获得者列夫·兰道曾说过：“宇宙学家经常犯错误，但从来没有怀疑过。”在研究宇宙本身的历史时，我们总是有可能弄错，但我们永远不会让这种情况妨碍我们的探究。
上个月，一份新闻稿宣布了安装在亚利桑那州梅奥尔望远镜上的暗能量光谱仪 ( DESI ) 的突破性发现。这项庞大的调查包含 1500 万个星系的位置，构成了迄今为止最大的宇宙三维地图。作为背景，DESI 目录中记录的最遥远星系的光是在 110 亿年前发出的，当时宇宙的年龄约为当前年龄的五分之一。
DESI 研究人员研究了星系分布的一个特征，天文学家称之为“重子声振荡”。通过将其与早期宇宙和超新星的观测进行比较，他们已经能够表明暗能量（推动宇宙膨胀的神秘力量）在整个宇宙历史中并不是恒定的。
对这种情况的乐观看法是，暗物质和暗能量的本质迟早会被发现。 DESI 的初步成果至少为实现这一目标带来了一丝希望。
宇宙清单：从普朗克卫星对宇宙微波背景的观测中得出的宇宙的不同组成部分。图片来自 Jones、Martínez 和 Trimble，“科学的重塑”， CC BY-SA
然而，这可能不会发生。我们可能会进行搜索，但在了解情况方面却毫无进展。如果发生这种情况，我们不仅需要重新思考我们的研究，还需要重新思考宇宙学本身的研究。我们需要找到一种全新的宇宙学模型，该模型与我们当前的模型一样有效，但也可以解释这种差异。不用说，这将是一项艰巨的任务。
对于许多对科学感兴趣的人来说，这是一个令人兴奋的、潜在的革命性前景。然而，正如 2023 年出版的《科学的重塑》一书中所指出的那样，这种对宇宙学乃至整个科学的重塑并不新鲜。
寻找两个数字
早在 1970 年，艾伦·桑德奇 (Allan Sandage)就写了一篇被广泛引用的论文，指出两个数字让我们更接近宇宙膨胀本质的答案。他的目标是测量它们并发现它们如何随着宇宙时间而变化。这些数字是哈勃常数 H₀ 和减速参数q₀。
这两个数字中的第一个告诉我们宇宙膨胀的速度有多快。第二个是引力的特征：作为一种吸引力，引力应该阻止宇宙膨胀。一些数据显示出与哈勃-勒梅特定律的偏差，桑德奇的第二个数字 q₀ 是该定律的度量。
直到 1997 年Saul Perlmutter的超新星宇宙学项目以及Adam Riess和Brian Schmidt领导的高 Z SN 搜索团队取得突破之前，一直没有发现与哈勃直线的重大偏差。这些项目的目标是寻找并跟踪在非常遥远的星系中爆炸的超新星。
这些项目发现了与哈勃-勒梅特定律的简单直线的明显偏差，但有一个重要的区别：宇宙的膨胀正在加速，而不是减速。 Perlmutter、Riess 和 Schmidt 将这种偏差归因于爱因斯坦的宇宙学常数，该常数用希腊字母 Lambda 表示，Λ ，与减速参数有关。
他们的工作为他们赢得了2011 年诺贝尔物理学奖。
暗能量：宇宙的 70%
令人惊讶的是，这种 Lambda 物质，也称为暗能量，是宇宙的主要组成部分。它一直在加速宇宙的膨胀，达到超越重力的程度，并且它几乎占宇宙总密度的70%。
我们对宇宙常数 Λ知之甚少或一无所知。事实上，我们甚至不知道它是一个常数。 1917年，爱因斯坦根据广义相对论创建了第一个宇宙学模型，首次提出存在恒定能量场，但他的解决方案既不膨胀也不收缩。它是静态的、不变的，因此场必须是恒定的。
构建包含这个恒定场的更复杂的模型是一项更容易的任务：它们是由比利时物理学家乔治·勒梅特（爱因斯坦的朋友）推导出来的。今天的标准宇宙学模型基于勒梅特的工作，被称为Λ冷暗物质（ ΛCDM ）模型。
DESI 测量本身与该模型完全一致。然而，通过将它们与对宇宙微波背景和超新星的观测结合起来，最合适的模型是涉及在宇宙时间内演化的暗能量的模型，并且在未来（可能）不再占主导地位。简而言之，这意味着宇宙常数无法解释暗能量。
大紧缩
1988 年，2019 年诺贝尔物理学奖获得者PJE Peebles与Bharat Ratra合作撰写了一篇论文，探讨宇宙常数随时间变化的可能性。当他们发表这篇论文时，还没有关于 Λ 的严肃意见。
这是一个有吸引力的建议。在这种情况下，当前的加速扩张阶段将是暂时的，并将在未来的某个时刻结束。宇宙历史的其他阶段也有开始和结束：暴胀、辐射主导时代、物质主导时代等等。
因此，目前暗能量的主导地位可能会随着宇宙时间的推移而下降，这意味着它不会是一个宇宙学常数。新的范式意味着当前宇宙的膨胀最终可能会逆转为“大挤压”。
其他宇宙学家则更加谨慎，尤其是卡尔·萨根，他明智地说“非凡的主张需要非凡的证据”。拥有指向同一结论的多个独立证据至关重要。我们还没有到那一步。
答案可能来自于当今正在进行的项目之一——不仅包括 DESI，还包括Euclid和J-PAS——这些项目旨在通过大规模星系测绘来探索暗能量的本质。
虽然宇宙本身的运作方式存在争议，但有一件事是肯定的——宇宙学的一个迷人时代即将到来。
Licia Verde 获得了 AEI（西班牙国家研究机构）项目编号 PID2022-141125NB-I00 的资助，此前还获得了欧洲研究理事会的资助。 Licia Verde 是 DESI 协作团队的成员。
Vicent J. Martínez 于 2022 年获得欧盟 NextGenerationEU 和巴伦西亚政府的资助，称为“Programa de Planes Complementarios de I+D+i”，项目 (VAL-JPAS)，参考号 ASFAE/2022/025，研究项目 PID2023-149420NB-I00 资助MICIU/AEI/10.13039/501100011033 和 ERDF/EU，以及 Conselleria de Educación、Universidades y Empleo (Generalitat Valenciana) 的卓越项目 PROMETEO CIPROM/2023/21。他是西班牙天文学会、西班牙皇家物理学会和西班牙皇家数学会的会员。
Bernard JT Jones 和 Virginia L Trimble 不为任何可从本文中受益的公司或组织工作、提供咨询、拥有股份或接受其资助，并且除了其学术任命外，没有披露任何相关关系。
本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。
暗能量发现可能会破坏我们整个宇宙学历史模型的帖子首先出现在SingularityHub上。