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翻譯：葛文迪

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

后臺：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-03-framework-dark-energy-evolving-linked.html

中國的一個宇宙學家團隊提出了一種數學框架，可以同時研究宇宙學中兩個最深的謎團。中國科學院的陳云及其同事在《天體物理學雜志》上發表的研究表明，他們的工作可能為當前ΛCDM模型的重要修正鋪平道路，同時解決期待已久的哈勃疑難問題。

限制暗物質相互作用。圖片來源：張卓明等。

ΛCDM模型的兩大挑戰

直到最近，我們對宇宙學的理解一直由ΛCDM模型支撐，這是一個主要基于三個關鍵組成部分的數學框架。第一個是宇宙學常數：一個與暗能量相關的固定值，被認為驅動著宇宙的加速膨脹。第二個是冷暗物質，被認為約占宇宙中所有物質的85%，盡管從未被直接觀測到。第三個是普通物質，我們可以通過天文觀測來探測。

盡管該模型的預測在數十年的檢驗中保持穩定，但這一圖景最近面臨越來越大的壓力。暗能量光譜儀（DESI）的觀測分析似乎動搖了ΛCDM關于暗能量本質的核心預測。

"這些發現從根本上挑戰了ΛCDM框架的基本信條，讓我們必須對替代暗能量假說進行全面、系統的探索，"陳云說。

與這一新出現的挑戰并存的是一個更深層次的、與哈勃定律相關的問題——即星系與銀河系的距離與其遠離我們的速度之間的清晰線性關系。這種關系已經通過數十年的天文觀測進行了廣泛測量。

"這一標準宇宙學模型的持續挑戰被稱為'哈勃疑難'，指的是對當今膨脹率測量之間公認的不一致，"陳云解釋道。"例如，基于宇宙微波背景（CMB）的估計與距離階梯測量之間存在顯著差異。"

即使這些觀測方法不斷改進，它們之間的差異仍然頑固地持續存在。

結合宇宙學探測手段

在他們的研究中，陳云與合作者徐騰鵬以及在讀博士生張卓明提出，這兩個令人困惑的挑戰可能相互關聯。

為了確定它們是否能在ΛCDM之外的宇宙學模型中得到解決，或者它們是否指向對基礎物理學的全新理解，研究人員認為必須在一個統一的框架內對它們進行研究。

為構建這一框架，研究團隊考慮了不同的宇宙膨脹探測手段對宇宙歷史不同時期的敏感性。例如，雖然宇宙微波背景（CMB）測量非常適合探測高紅移宇宙，但包括Ia型超新星和重子聲學振蕩在內的探測手段更適合研究較晚期的鄰近星系。

他們沒有將所有這些數據合并在一起，而是讓每種探測手段獨立地對各自最適合的時期進行預測。

"這種方法有兩個關鍵目的。首先，它使我們能夠打破模型參數之間的簡并性，否則這些參數難以區分，"陳云說。"其次，也是最重要的，它使我們能夠識別哪些特定的宇宙學模型受到來自不同宇宙時期數據的青睞。"

總之，這種多探測手段策略使團隊能夠揭示暗能量的獨特特征，展示其行為在宇宙歷史進程中可能發生的變化。

尚無明確優勝者

為驗證他們的框架，陳的團隊比較了五種不同暗能量模型的預測，包括標準ΛCDM模型。他們的分析揭示了四個關鍵結果。首先，哈勃疑難在所有五個模型中仍然是一個持續的挑戰，這表明問題的根源可能在于我們對基礎物理學的核心理解——或者是尚未解決的系統誤差。

"其次，我們的分析顯示，無論使用何種數據集組合，沒有任何替代模型相對于標準ΛCDM模型具有顯著的統計優勢，"陳云解釋道。"這凸顯了當前的觀測數據雖然精度很高，但尚不足以明確區分這些相互競爭的暗能量理論描述。"

第三，該框架發現了令人信服的證據，表明暗能量的性質自早期宇宙以來已經演化。最后，研究團隊識別出暗物質與暗能量之間存在相互作用的可能性：這一結果將挑戰當前對基礎物理學的理解。

探尋新答案

綜合這些結論，它們對當前形式的ΛCDM模型提出了明確的挑戰。同時，它們指出了兩條清晰的前進路徑：一個檢驗暗能量的新框架，以及對暗物質與暗能量之間相互作用的針對性探索。

然而，在宇宙學家能夠充分推進這些方向之前，他們需要新一代的多探測手段巡天觀測、更復雜的理論框架，以及解決不確定性的嚴謹方法。

"只有通過這些綜合努力，我們才有希望最終解釋驅動宇宙加速膨脹的機制，并解決天文學領域當前面臨的關鍵分歧，"陳云說。如果這些條件得到滿足，此類努力將使新老宇宙學謎題的滿意解答更接近現實。

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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火星上的“心”形圖案，這些圖片由NASA火星全球探勘者號（Mars Global Surveyor，簡稱MGS）拍攝。