宇宙的告白（全文9200字）

轉(zhuǎn)載聲明：除調(diào)整格式外，不得對(duì)原文做改寫(xiě)、改編。原創(chuàng)不易，謝謝！E-mail:yellow@aliyun.com

?聲明：本文為原創(chuàng)文本，非生成式，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！

商務(wù)咨詢/顧問(wèn)/請(qǐng)@yellowscholar?作者：黃先生斜杠青年

#時(shí)間深度 #宇宙的告白

可能粉碎宇宙學(xué)二十五年的危機(jī)內(nèi)部

“宇宙不僅比我們想象的更酷兒,而且比我們想象的更酷兒。”

— JBS 霍爾丹,1927

一、不可能的數(shù)字

埋藏在發(fā)表于 的同行評(píng)審論文的表 1 中 高能物理學(xué)報(bào) 2024年9月17日,有一個(gè)數(shù)字不應(yīng)該存在。該數(shù)字為負(fù)0。16電子伏。

該圖代表了宇宙中中微子質(zhì)量總和的最佳擬合值,該值是通過(guò)將暗能量光譜儀器的觀測(cè)結(jié)果與普朗克衛(wèi)星和阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)相結(jié)合來(lái)測(cè)量的。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的作者—Nathaniel Craig、加州大學(xué)圣地亞哥分校的 Daniel Green、南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)的 Joel Meyers 和約翰·霍普金斯大學(xué)的 Surjeet Rajendran 沒(méi)有將這一發(fā)現(xiàn)埋在附錄中,也沒(méi)有將其視為統(tǒng)計(jì)文物。他們用一個(gè)掩蓋其革命性含義的雙關(guān)語(yǔ)來(lái)命名他們的論文:“No νs is Good News。”

問(wèn)題很簡(jiǎn)單。中微子質(zhì)量不能為負(fù)。根據(jù)定義,質(zhì)量是一個(gè)正量。質(zhì)量為負(fù)的粒子將違反量子場(chǎng)論、狹義相對(duì)論以及我們所理解的有關(guān)物理宇宙的一切的基本結(jié)構(gòu)。然而,以無(wú)可挑剔的統(tǒng)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性分析并發(fā)表在物理學(xué)’最負(fù)盛名的期刊之一上的數(shù)據(jù)更喜歡 Σmν = ?160 ± 90 meV 的值,置信度為 68%。 粒子物理實(shí)驗(yàn)所需的最小質(zhì)量—通過(guò)數(shù)十年的中微子振蕩測(cè)量確定的大約0.059 eV的振蕩底座—在99%置信度下被排除。

這并不是邊緣合作的結(jié)果。暗能量光譜儀器代表了有史以來(lái)最大、最復(fù)雜的星系調(diào)查。DESI 在亞利桑那州基特峰國(guó)家天文臺(tái)的梅奧爾望遠(yuǎn)鏡上運(yùn)行,繪制了超過(guò) 1400 萬(wàn)個(gè)星系和類星體的三維位置,跨越 110 億年的宇宙歷史。其第二次數(shù)據(jù)發(fā)布于 2025 年 3 月 19 日宣布,提供了有史以來(lái)最精確的重子聲振蕩測(cè)量結(jié)果—來(lái)自早期宇宙的化石聲波,作為測(cè)量空間本身膨脹歷史的宇宙尺子。

DESI合作組織關(guān)于中微子物理學(xué)的官方論文,由杜倫大學(xué)的Willem Elbers領(lǐng)導(dǎo),118位科學(xué)家共同撰寫(xiě),以不同尋常的坦率總結(jié)了情況:

“統(tǒng)計(jì)方法令人驚訝地表明物理上不可能的負(fù)質(zhì)量,將張力推至 3σ。” 的顯著性

三西格瑪大致相當(dāng)于隨機(jī)機(jī)會(huì)發(fā)生的三百七十分之一的概率。在任何其他情況下,這將被視為有力的證據(jù)。在這種情況下,這是不可能的證據(jù)。

是什么讓這一發(fā)現(xiàn)真正令人不安—是什么將其從一種特殊的統(tǒng)計(jì)異常提升到基礎(chǔ)物理學(xué)的潛在危機(jī)—is負(fù)中微子質(zhì)量并不是 DESI 數(shù)據(jù)告訴我們的唯一不可能的事情。通過(guò)同樣嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)框架分析的相同觀察結(jié)果表明,暗能量（驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的神秘力量）并不是恒定的。它似乎正在進(jìn)化。不僅僅是進(jìn)化,而且以一種我們所理解的關(guān)于一致的物理理論的一切都應(yīng)該禁止的方式進(jìn)化。

數(shù)據(jù)更喜歡暗能量狀態(tài)方程,該方程已經(jīng)穿過(guò)負(fù) one—the 宇宙學(xué)常數(shù)值—,從過(guò)去的幻象領(lǐng)域（w < ?1) 到今天的精髓領(lǐng)域（w > ?1)。正如物理學(xué)家所說(shuō),這種幻影交叉要么需要量子不穩(wěn)定性,從而在微觀時(shí)間尺度上撕裂宇宙,要么需要徹底修正我們對(duì)引力和時(shí)空的理解。這兩種選擇都不好吃。兩人都擺在桌面上。

我們正在實(shí)時(shí)目睹當(dāng)有史以來(lái)最精確的測(cè)量宇宙的儀器返回我們理論框架無(wú)法容納的答案時(shí)會(huì)發(fā)生什么。測(cè)量結(jié)果并沒(méi)有錯(cuò)誤,獨(dú)立團(tuán)隊(duì)使用獨(dú)立的方法對(duì)它們進(jìn)行了檢查和重新檢查,并進(jìn)行了宇宙學(xué)史上最嚴(yán)格的系統(tǒng)誤差分析。數(shù)學(xué)并沒(méi)有錯(cuò)—所采用的統(tǒng)計(jì)技術(shù)是整個(gè)物理學(xué)中使用的標(biāo)準(zhǔn)工具,并在數(shù)十年的成功預(yù)測(cè)中得到了驗(yàn)證。別的事情一定是錯(cuò)誤的。問(wèn)題是怎么。

我是斜杠青年，一個(gè)PE背景的雜食性學(xué)者！?致力于剖析如何解決我們這個(gè)時(shí)代的重大問(wèn)題！?使用數(shù)據(jù)和研究來(lái)解決真正有所作為的因素！

二、DESI 實(shí)際測(cè)量到的內(nèi)容

DESI結(jié)果為何在宇宙學(xué)界發(fā)出沖擊波,我們必須首先了解DESI實(shí)際測(cè)量了什么,以及為什么這些測(cè)量具有如此非凡的權(quán)重。

DESI 是一項(xiàng)光譜巡天,這意味著它不僅測(cè)量星系在天空中的位置,還測(cè)量星系的紅移—光子穿過(guò)宇宙距離時(shí)空間膨脹引起的光拉伸。DESI通過(guò)將角位置與紅移距離相結(jié)合,以前所未有的精度構(gòu)建了宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)的三維地圖。

在這張地圖中,DESI 搜索一種微妙但獨(dú)特的模式:重子聲振蕩。在大爆炸后的最初幾十萬(wàn)年里,在宇宙冷卻到足以形成原子之前,宇宙充滿了由電子、質(zhì)子和光子組成的熱等離子體,在宇宙舞蹈中鎖定在一起。聲波—壓力波由重力向內(nèi)拉動(dòng)物質(zhì)和輻射壓力向外推動(dòng)物質(zhì)的相互作用驅(qū)動(dòng)—以大約一半的光速傳播通過(guò)該等離子體。當(dāng)宇宙最終冷卻到足以在稱為重組的時(shí)代形成原子時(shí),這些聲波凍結(jié)在適當(dāng)?shù)奈恢?在物質(zhì)分布上留下了大約 150 兆秒差距（約 4.9 億光年）的特征尺度。

這種音階被稱為聲視界,提供了宇宙標(biāo)準(zhǔn)尺。通過(guò)測(cè)量宇宙歷史上不同紀(jì)元該尺子的表觀大小—通過(guò)觀察重子聲振蕩如何在不同紅移處的星系分布中出現(xiàn)—宇宙學(xué)家可以以精致的精度重建宇宙的膨脹歷史。尺子的物理尺寸是由早期宇宙中已知的物理學(xué)確定的。因此,其觀察到的尺寸的任何明顯變化都必須反映當(dāng)時(shí)和現(xiàn)在之間空間的幾何形狀和膨脹。

DESI的第二次數(shù)據(jù)發(fā)布提供了對(duì)這個(gè)宇宙尺的測(cè)量,在七個(gè)不同的紅移切片上,跨度從z = 0.3到z = 2.33,涵蓋了大約110億年的宇宙歷史。這些測(cè)量的統(tǒng)計(jì)精度非同尋常:聲音視界距離最多只能超過(guò) 1% 的紅移,這比 DESI 的首次數(shù)據(jù)發(fā)布提高了兩倍,也是重子聲振蕩方法四十年改進(jìn)的頂峰。

結(jié)果是明確的。當(dāng)與宇宙微波背景的測(cè)量相結(jié)合時(shí)—普朗克衛(wèi)星和阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的大爆炸余輝—DESI數(shù)據(jù)顯示與標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型ΛCDM的預(yù)測(cè)存在明顯偏差。該模型作為共識(shí)框架已存在了四分之一個(gè)世紀(jì),假設(shè)暗能量采用宇宙學(xué)常數(shù)的形式,狀態(tài)方程 w = ?1 完全不變,在宇宙時(shí)間內(nèi)不變。

DESI 數(shù)據(jù)更喜歡進(jìn)化。當(dāng)暗能量狀態(tài)方程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) CPL 參數(shù)化允許變化時(shí)—w（z）= w? + wa × z/(1+z）,其中 w? 是當(dāng)前值,wa 捕獲變化率—組合的 DESI 和 CMB 數(shù)據(jù)不利于 ΛCDM 3.1σ 顯著性。Ia型超新星數(shù)據(jù)添加暗能量調(diào)查的五年數(shù)據(jù)集時(shí),對(duì)演化暗能量的偏好上升到4.2σ。這可以輕松地高于傳統(tǒng)的 3σ 證據(jù)閾值,并接近 5σ 發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

三、幻影穿越問(wèn)題

DESI分析中最適合的價(jià)值觀講述了一個(gè)非凡的故事。在當(dāng)今時(shí)代,暗能量似乎具有圍繞 w? ≈ ?0.75 至 ?0.78— 的狀態(tài)方程,顯著大于 ?1 的宇宙學(xué)常數(shù)值。然而,在最近的宇宙過(guò)去,數(shù)據(jù)更喜歡 w < ?1,將暗能量置于物理學(xué)家所說(shuō)的幻影狀態(tài)。這些政權(quán)之間的轉(zhuǎn)變,即幻影交叉,似乎發(fā)生在紅移 z ≈ 0.5 左右,相當(dāng)于大約 50 億年前。

這提出了一個(gè)深刻的理論問(wèn)題。在幻影狀態(tài)（w < ?1)中,暗能量的能量密度實(shí)際上隨著宇宙的膨脹而增加,而不是減少或保持恒定。對(duì)于簡(jiǎn)單的標(biāo)量場(chǎng)—?jiǎng)恿Π的芰康淖钭匀坏睦碚摵蜻x者—進(jìn)入幻影狀態(tài)需要負(fù)動(dòng)能項(xiàng),這會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的量子不穩(wěn)定性。粒子將以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的級(jí)聯(lián)從真空中產(chǎn)生,這將以比觀測(cè)到的年齡短得多的時(shí)間尺度摧毀宇宙。

幻影交叉本身就更加成問(wèn)題。對(duì)于從 w < ?1 到 w > ?1 的單個(gè)標(biāo)量場(chǎng),動(dòng)能必須通過(guò)零,而勢(shì)能保持非零—a 數(shù)學(xué)奇點(diǎn),這在任何一致的經(jīng)典或量子理論中都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。原則上,涉及多個(gè)場(chǎng)或修改重力的更多奇異構(gòu)造可以產(chǎn)生幻影交叉,但這些通常預(yù)測(cè)引力波傳播中的特定特征,而這些特征已經(jīng)被觀測(cè)排除。

2017年8月17日在引力波和電磁輻射中同時(shí)觀測(cè)到的中子星合并GW170817提供了至關(guān)重要的約束。引力波和伽馬射線在傳播了大約 1.3 億光年后,在 1.7 秒內(nèi)到達(dá)。這種近乎同時(shí)的到達(dá)將重力速度和光速之間的差異限制為優(yōu)于萬(wàn)億分之一 (|c_gw/c ? 1| < 10?1?)。大多數(shù)可以產(chǎn)生幻影交叉的修改后的重力理論都預(yù)測(cè)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此界限的水平上與 c_gw = c 的偏差。

我們面臨著一個(gè)令人不安的局面。數(shù)據(jù)強(qiáng)烈喜歡標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)無(wú)法容納的東西。要么數(shù)據(jù)包含未識(shí)別的系統(tǒng)錯(cuò)誤,要么我們的理論框架需要在基本層面上進(jìn)行修訂。這兩種可能性都不能被駁回。

四、中微子危機(jī)

孤立地看,幻影交叉問(wèn)題就足夠令人不安了。但 DESI 數(shù)據(jù)提出了第二個(gè)同樣令人不安的異常現(xiàn)象,乍一看似乎完全無(wú)關(guān):中微子質(zhì)量的宇宙學(xué)測(cè)量。

中微子是標(biāo)準(zhǔn)模型—的幽靈粒子,幾乎無(wú)質(zhì)量,電中性,相互作用如此微弱,每秒有數(shù)萬(wàn)億個(gè)粒子穿過(guò)你的身體而不留下痕跡。幾十年來(lái),物理學(xué)家一直認(rèn)為中微子完全沒(méi)有質(zhì)量,正如最初的標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測(cè)的那樣。1998年,當(dāng)日本的超級(jí)神岡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中微子在旅行時(shí)在味道之間振蕩時(shí),這一假設(shè)被打破了,只有當(dāng)不同的中微子種類具有不同的質(zhì)量時(shí),這種現(xiàn)象才有可能發(fā)生。中微子有質(zhì)量。問(wèn)題是多少錢(qián)。

振蕩實(shí)驗(yàn)以非凡的精度測(cè)量中微子種類之間的質(zhì)量差異,但無(wú)法確定絕對(duì)質(zhì)量尺度。他們可以確定的是一個(gè)下界:如果最輕的中微子種類具有正常排序（ν? < ν? < ν?),則所有三個(gè)中微子質(zhì)量的總和必須超過(guò)大約 0.059 eV,如果排序顛倒,則必須超過(guò) 0.099 eV。該振蕩底板不是統(tǒng)計(jì)不確定性或理論假設(shè)—它是測(cè)量質(zhì)量分裂的直接結(jié)果,并且代表粒子物理學(xué)中最可靠的結(jié)果之一。

宇宙學(xué)提供了一種測(cè)量中微子質(zhì)量的補(bǔ)充方法。大質(zhì)量中微子為宇宙結(jié)構(gòu)的演化留下了獨(dú)特的印記。在早期宇宙中,當(dāng)中微子是相對(duì)論性的時(shí),它們會(huì)自由地從引力勢(shì)井中流出,抑制密度波動(dòng)在小于其自由流長(zhǎng)度的尺度上的增長(zhǎng)。這種抑制持續(xù)到晚期宇宙,以特征尺度依賴模式降低物質(zhì)功率譜的幅度。通過(guò)測(cè)量這種抑制,宇宙學(xué)家可以獨(dú)立于振蕩實(shí)驗(yàn)來(lái)限制中微子質(zhì)量的總和。

DESI DR2 結(jié)果將這種宇宙學(xué)約束推向了前所未有的精度。在標(biāo)準(zhǔn)ΛCDM模型下,將DESI重子聲振蕩測(cè)量與普朗克和ACT宇宙微波背景數(shù)據(jù)相結(jié)合,得出上限 95%置信度下Σmν < 0.0642 eV。這種界限之所以令人驚訝,有兩個(gè)原因。首先,統(tǒng)計(jì)不確定性已縮小至僅 0.020 eV,使其成為有史以來(lái)最精確的宇宙學(xué)中微子質(zhì)量測(cè)量值。其次,更令人不安的是,這個(gè)上限低于 0.059 eV 的振蕩底板。

再讀一遍。宇宙學(xué)數(shù)據(jù)告訴我們,中微子的重量比粒子物理實(shí)驗(yàn)證明它們必須稱重的重量要小。這并不是統(tǒng)計(jì)不確定性邊緣的邊際緊張。DESI 合作使用貝葉斯方法報(bào)告了 3σ 顯著性的差異,并獲得了 Feldman-Cousins 的上限 Σmν < 0.053 eV 使用頻率方法—a 值以舒適的邊際突破振蕩底板。

當(dāng)分析擴(kuò)展到允許負(fù)有效中微子質(zhì)量—a數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)時(shí),可以模仿其他來(lái)源的負(fù)能量密度—后分布峰值約為?0.10至?0.12 eV。這是 Craig 等人對(duì) DESI DR1 數(shù)據(jù)分析中 ?160 meV 圖的起源,現(xiàn)在得到了更強(qiáng)大的 DR2 數(shù)據(jù)集的證實(shí)和加強(qiáng)。

五、連接

這里是情節(jié)變厚的地方。中微子質(zhì)量張力和暗能量演化偏好不是獨(dú)立的現(xiàn)象。它們通過(guò)宇宙膨脹的幾何形狀緊密相連。

當(dāng)暗能量狀態(tài)方程根據(jù) w?waCDM 參數(shù)化演化時(shí),就會(huì)發(fā)生一些值得注意的事情:中微子質(zhì)量張力基本上消失。在不斷變化的暗能量下,DESI 和 CMB 數(shù)據(jù)產(chǎn)生 95%置信度下Σmν < 0.163 eV—值舒適地高于振蕩底板,并且與所有已知的物理原理一致。產(chǎn)生幻影交叉的相同修改膨脹歷史也將宇宙中微子質(zhì)量約束從不可能低轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆侠怼?/p>

之所以出現(xiàn)這種聯(lián)系,是因?yàn)橹形⒆淤|(zhì)量和暗能量都通過(guò)相似的幾何效應(yīng)影響相同的宇宙學(xué)可觀測(cè)值。大質(zhì)量中微子有助于宇宙的總能量密度,影響膨脹率和距離紅移關(guān)系。不斷變化的暗能量還以紅移依賴性方式改變膨脹率。從重子聲振蕩測(cè)量的角度來(lái)看,這些效應(yīng)是部分簡(jiǎn)并的:在某些參數(shù)范圍內(nèi),較高的中微子質(zhì)量與不斷演化的暗能量相結(jié)合,可以產(chǎn)生與具有恒定暗能量的較低中微子質(zhì)量幾乎相同的距離測(cè)量。

DESI 協(xié)作直接提出: “DESI 和 CMB 數(shù)據(jù)對(duì)不斷發(fā)展的暗能量模型的偏好提供了一種可能的解決方案”中微子質(zhì)量張力。但這種框架掩蓋了一個(gè)更深層次的問(wèn)題:

哪種異常是信號(hào),哪種是癥狀？

我們是否正在檢測(cè)到真正的暗能量演化,從而偶然解決中微子張力？或者我們是否通過(guò)恰好有足夠自由來(lái)吸收差異的模型誤解了一些未識(shí)別的系統(tǒng)錯(cuò)誤？

六、超新星問(wèn)題

當(dāng) Ia 型超新星數(shù)據(jù)添加到分析中時(shí),演化暗能量的情況急劇加強(qiáng)。DESI和CMB數(shù)據(jù)單獨(dú)偏好3.1σ的演化。加暗能量調(diào)查的五年超新星樣本,將其推至4.2σ—任何數(shù)據(jù)組合觀察到的最強(qiáng)統(tǒng)計(jì)偏好。這種增強(qiáng)自然而然地將注意力集中在超新星數(shù)據(jù)是否可能包含人為夸大暗能量演化信號(hào)的系統(tǒng)誤差上。

劍橋大學(xué)的喬治·埃夫斯塔修（George Efstathiou）在 2025 年初發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上的一篇論文中恰恰提出了這一擔(dān)憂。Efstathiou 確定了低紅移超新星（主要來(lái)自基礎(chǔ)調(diào)查、CfA 樣本和卡內(nèi)基超新星項(xiàng)目）與暗能量調(diào)查觀察到的高紅移超新星之間大約 0.04 星等的系統(tǒng)偏移。這種偏移如果是真實(shí)的,可能是由于調(diào)查之間光度校準(zhǔn)、灰塵校正或選擇效應(yīng)的差異引起的,并且可能會(huì)大大削弱或消除對(duì)演化暗能量的偏好。

黑暗能量調(diào)查小組以瑪麗亞·文森齊領(lǐng)導(dǎo)的詳細(xì)反駁作為回應(yīng)。他們的分析將這種抵消歸因于合法的物理和方法差異的結(jié)合:超新星固有散射和宿主星系特性的改進(jìn)建模約占差異的 43%,而選擇函數(shù)和馬爾姆奎斯特偏差校正的差異又占 38%。 至關(guān)重要的是,他們證明,即使采用 Pantheon+ 分析方法—（不會(huì)產(chǎn)生相同的偏移—only）,也會(huì)減少暗能量從 3.9σ 演化到 3.3σ 的證據(jù)。信號(hào)減弱但不會(huì)消失。

Chaudhary、Capozziello 和合作者的單獨(dú)分析采用了不同的方法:他們沒(méi)有針對(duì)潛在的系統(tǒng)學(xué)進(jìn)行調(diào)整,而是簡(jiǎn)單地排除了最有問(wèn)題的低紅移數(shù)據(jù)。當(dāng)從樣本中刪除低于 z = 0.01 的超新星時(shí),他們發(fā)現(xiàn)演化暗能量的證據(jù) “顯著減弱”,并且大多數(shù)動(dòng)力學(xué)模型 “恢復(fù)到不確定或弱支持。” 這一發(fā)現(xiàn)表明,紅移非常低的超新星—那些最容易受到特殊速度校正和局部結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響的超新星—可能會(huì)驅(qū)動(dòng)不成比例的信號(hào)份額。

超新星系統(tǒng)問(wèn)題仍然真正懸而未決。不同的分析選擇會(huì)產(chǎn)生有意義的不同結(jié)論。顯而易見(jiàn)的是,DES 超新星所看到的 4.2σ 偏好并不對(duì)所有方法學(xué)變化都具有魯棒性。這是否反映了真正的系統(tǒng)學(xué),應(yīng)該降低我們對(duì)演化暗能量的信心,或者替代分析是否正在丟棄真實(shí)的宇宙學(xué)信息,不能僅根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)確定。

七、LRG 異常

DESI結(jié)果中最令人不安的方面也許是暗能量演化信號(hào)似乎是由少數(shù)特定數(shù)據(jù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的,這些數(shù)據(jù)點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)和先前測(cè)量中都顯示出不尋常的張力。

Domenico Sapone 和 Savvas Nesseris 在 2025 年發(fā)表在《物理評(píng)論 D》上的一篇論文中,對(duì) DESI 重子聲振蕩測(cè)量進(jìn)行了系統(tǒng)的異常值分析。他們特別確定了兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)與 ΛCDM 的大部分偏差:有效紅移時(shí)的發(fā)光紅色星系測(cè)量 z = 0.51（LRG1) 並 z = 0.71（LRG2)。這些點(diǎn)在 2.0–2.5σ 水平上單獨(dú)顯示出與普朗克校準(zhǔn)的 ΛCDM 預(yù)測(cè)的張力,并且在大約 2σ 的相同紅移下也與先前的 BOSS DR12 測(cè)量值顯示出張力。

Sapone 和 Nesseris 進(jìn)行了一項(xiàng)揭示性測(cè)試:他們重復(fù)了宇宙學(xué)分析,排除了這些特定數(shù)據(jù)點(diǎn)。結(jié)果令人震驚:

沒(méi)有 z = 0.295、0.51 和 0.71 測(cè)量值:

?w? = ?1.050 ± 0.128（與宇宙學(xué)常數(shù)一致）

?wa = 0.208 ± 0.546（與零演化一致）

換句話說(shuō),整個(gè)暗能量演化信號(hào)消失了。ΛCDM 被恢復(fù)。

這并不一定意味著 LRG 測(cè)量是錯(cuò)誤的。統(tǒng)計(jì)波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生異常值;大約二十分之一的數(shù)據(jù)點(diǎn)將純粹偶然地偏離平均值 2σ 或更多。DESI 合作對(duì)這些測(cè)量進(jìn)行了廣泛的系統(tǒng)誤差測(cè)試,但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)儀器或分析偽影的證據(jù)。數(shù)據(jù)通過(guò)了每次驗(yàn)證檢查。

但一些特定測(cè)量中信號(hào)的濃度應(yīng)該會(huì)讓我們停頓。強(qiáng)大的宇宙學(xué)探測(cè)應(yīng)該在多個(gè)示蹤劑、紅移箱和方法中一致出現(xiàn)。當(dāng)對(duì)我們對(duì)宇宙的理解進(jìn)行重大修改的證據(jù)關(guān)鍵取決于是否包括或排除三個(gè)特定數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí),智力上的謙遜要求我們適當(dāng)謹(jǐn)慎地對(duì)待這些證據(jù)。

八、貝葉斯視角

本分析中引用的統(tǒng)計(jì)顯著性數(shù)字—3.1σ,4.2σ—是頻率量。他們測(cè)量如果 ΛCDM 為真,觀察到的數(shù)據(jù)的可能性有多大。但僅靠頻率主義意義并不能告訴我們應(yīng)該在多大程度上更新我們對(duì)暗能量進(jìn)化的信念。為此,我們需要貝葉斯模型比較。

DDY 的全面貝葉斯分析。劍橋大學(xué)的 Ong、D。Yallup 和 W。Handley 于 2025 年 11 月出版,揭示了一幅更細(xì)致入微的圖景。DESI和CMB數(shù)據(jù)單獨(dú)來(lái)說(shuō),w?waCDM與ΛCDM比較的貝葉斯因子的對(duì)數(shù)是 ?0.57 ± 0.26。這個(gè)負(fù)值表明,從貝葉斯的角度來(lái)看,當(dāng)考慮到其較小的參數(shù)空間時(shí),更簡(jiǎn)單的ΛCDM模型實(shí)際上是首選。頻率論者對(duì)進(jìn)化的偏好被貝葉斯對(duì)模型復(fù)雜性的懲罰所抵消。

只有當(dāng)添加暗能量巡天超新星數(shù)據(jù)時(shí),貝葉斯證據(jù)才會(huì)翻轉(zhuǎn)為正值,對(duì)演化暗能量產(chǎn)生 3.07 ± 0.10σ 貝葉斯顯著性。但這里的分析也揭示了一些重要的事情:存在一個(gè) DESI DR2 和 DES-Y5 數(shù)據(jù)集之間的約 2.95σ 張力 這僅存在于ΛCDM 框架內(nèi)。對(duì)演化暗能量的偏好出現(xiàn),部分原因是w?waCDM模型具有足夠的自由度來(lái)吸收在ΛCDM內(nèi)無(wú)法調(diào)和的數(shù)據(jù)集間張力。

這是值得認(rèn)真考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)集在簡(jiǎn)單模型中顯示張力時(shí),引入可以容納兩者的更復(fù)雜的模型并不一定證明復(fù)雜模型反映了物理現(xiàn)實(shí)。這可能僅僅意味著復(fù)雜模型吸收了恰好將數(shù)據(jù)集推開(kāi)的系統(tǒng)誤差或統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。如果沒(méi)有獨(dú)立驗(yàn)證數(shù)據(jù)首選的暗能量演化的特定形式是在物理上實(shí)現(xiàn)的,我們就無(wú)法區(qū)分這些可能性。

九、什么才是真正的

如果 DESI 結(jié)果反映了真正的暗能量演化,而不是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)或系統(tǒng)誤差,那么就會(huì)產(chǎn)生一些深遠(yuǎn)的影響。

第一中,暗能量不可能是宇宙學(xué)常數(shù)。25 年來(lái)一直主導(dǎo)理論物理學(xué)的真空能量解釋將被排除。這將消除許多物理學(xué)家認(rèn)為對(duì)宇宙加速度最自然的解釋—盡管受到著名的宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題（理論預(yù)測(cè)與觀測(cè)值之間的 120 個(gè)數(shù)量級(jí)差異）的困擾。

第二中,暗能量必定是宇宙時(shí)間中演化的某種形式的動(dòng)力場(chǎng)。主要候選者是精髓模型—標(biāo)量場(chǎng)慢慢滾動(dòng)勢(shì)能景觀,隨著宇宙的膨脹將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。此類模型自然會(huì)產(chǎn)生時(shí)變狀態(tài)方程,但面臨著自己的微調(diào)問(wèn)題:場(chǎng)質(zhì)量必須非常小（大約 10?33 eV）才能在宇宙學(xué)時(shí)間尺度上產(chǎn)生演化。

第三中, 明顯的幻影交叉構(gòu)成了嚴(yán)峻的理論挑戰(zhàn)。發(fā)明"“暗能量"一詞的杰出宇宙學(xué)家邁克爾·特納（Michael Turner）在 2025 年發(fā)表的論文中直接解決了這個(gè)問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)精髓無(wú)法跨越幻影鴻溝。更奇特的多場(chǎng)模型或修改后的重力理論原則上可以產(chǎn)生交叉,但大多數(shù)人預(yù)測(cè)的重力波速度與光速不同,其水平已被 GW170817 排除。Turner 得出結(jié)論,“標(biāo)量場(chǎng)模型無(wú)法與 DESI 數(shù)據(jù)更喜歡的 ‘尖峰暗能量’相匹配。” 基于物理的精髓模型提供了“適度的改進(jìn)”,但“無(wú)法完全解釋數(shù)據(jù)。”

第四中,我們對(duì)中微子物理學(xué)的理解需要修改。中微子質(zhì)量張力通過(guò)演化暗能量的解析是現(xiàn)象學(xué)的,而不是物理的。它之所以有效,是因?yàn)樾薷暮蟮呐蛎洑v史改變了中微子質(zhì)量和可觀測(cè)特征之間的關(guān)系。但為什么宇宙應(yīng)該密謀產(chǎn)生隱藏中微子質(zhì)量以避免宇宙學(xué)探測(cè)所需的暗能量演化仍然無(wú)法解釋。

十、前進(jìn)之路

宇宙學(xué)正處于拐點(diǎn)。我們測(cè)量的精度已經(jīng)超過(guò)了我們理論框架的精度。本應(yīng)以越來(lái)越高的精度確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)據(jù)反而揭示了難以輕松解決的緊張和異常情況。

未來(lái)幾年的幾項(xiàng)發(fā)展將被證明是決定性的。

歐幾里得: 2023年7月發(fā)射的歐洲航天局歐幾里得任務(wù)將于2026年10月21日發(fā)布首批數(shù)據(jù)。歐幾里得旨在繪制三分之一天空星系的三維分布圖,以與 DESI 相當(dāng)?shù)木忍峁┆?dú)立的重子聲振蕩測(cè)量,但具有不同的系統(tǒng)誤差分布。如果歐幾里得用獨(dú)立的數(shù)據(jù)和方法證實(shí) DESI 異常,新物理學(xué)的理由將大大加強(qiáng)。Euclid發(fā)現(xiàn)結(jié)果與ΛCDM一致,則異常可能可追溯到DESI特異性系統(tǒng)學(xué)。

魯賓天文臺(tái): 智利維拉·C·魯賓天文臺(tái)于 2025 年 6 月 23 日實(shí)現(xiàn)首亮,其空間和時(shí)間遺產(chǎn)調(diào)查于 2026 年初開(kāi)始全面運(yùn)行。Rubin將在整個(gè)可觀測(cè)天空中發(fā)現(xiàn)數(shù)百萬(wàn)顆Ia型超新星,提供比當(dāng)前樣本大幾個(gè)數(shù)量級(jí)的超新星數(shù)據(jù)集。這將證實(shí)或明確反駁埃夫斯塔蒂烏提出的低紅移超新星系統(tǒng)學(xué)。

DESI DR3: DESI的第三次數(shù)據(jù)發(fā)布,預(yù)計(jì)在2026年或2027年發(fā)布,將提供該調(diào)查迄今為止最具約束力的測(cè)量結(jié)果。完整的五年數(shù)據(jù)集,統(tǒng)計(jì)不確定性將進(jìn)一步縮小,合作將有更多時(shí)間來(lái)調(diào)查和解決任何剩余的系統(tǒng)問(wèn)題。關(guān)鍵問(wèn)題是,隨著數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高,異常現(xiàn)象是否會(huì)持續(xù)存在、加強(qiáng)或消失。

CMB-S4 取消: 由于南極點(diǎn)的預(yù)算限制和后勤挑戰(zhàn),CMB-S4 項(xiàng)目于 2025 年 7 月 9 日宣布取消,這對(duì)下一代宇宙微波背景測(cè)量來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大挫折。這種損失將延遲對(duì)導(dǎo)致當(dāng)前緊張的透鏡異常和中微子質(zhì)量約束的獨(dú)立驗(yàn)證。Atacama沙漠的地面CMB實(shí)驗(yàn)將繼續(xù)進(jìn)行,但CMB-S4承諾的變革性飛躍不會(huì)在原計(jì)劃的時(shí)間線上實(shí)現(xiàn)。

十一、賭注

讓我們準(zhǔn)確地了解當(dāng)前數(shù)據(jù)所確定的內(nèi)容和未確定的內(nèi)容。

建立什么: DESI DR2 測(cè)量是有史以來(lái)獲得的最精確的重子聲振蕩數(shù)據(jù)。它們顯示出真正的統(tǒng)計(jì)張力,ΛCDM 預(yù)測(cè)在 3.1–4.2σ 水平,具體取決于輔助數(shù)據(jù)集。在ΛCDM內(nèi)解釋時(shí),中微子質(zhì)量界限會(huì)推入物理上有問(wèn)題的區(qū)域。這些并不是數(shù)據(jù)質(zhì)量差或明顯分析錯(cuò)誤的產(chǎn)物。

未建立的內(nèi)容: 這些張力是否反映了新的物理學(xué)、未識(shí)別的系統(tǒng)誤差,或者隨著額外數(shù)據(jù)的積累,統(tǒng)計(jì)波動(dòng)將回歸ΛCDM。信號(hào)在特定低紅移數(shù)據(jù)點(diǎn)中的濃度、對(duì)超新星分析選擇的敏感性以及復(fù)雜性受到懲罰時(shí)貝葉斯對(duì)ΛCDM的偏好,所有建議都謹(jǐn)慎行事。

什么會(huì)是革命性的: 確認(rèn)檢測(cè)到不斷變化的暗能量將改變我們對(duì)宇宙的理解。它將證明宇宙能量預(yù)算的主導(dǎo)組成部分不是時(shí)空的靜態(tài)屬性,而是一個(gè)具有自身演化甚至物理學(xué)的動(dòng)態(tài)實(shí)體。它將引發(fā)全新的問(wèn)題:暗能量是由什么構(gòu)成的？為什么現(xiàn)在它正在演變？是什么決定了它的狀態(tài)方程？它是否與物理學(xué)中其他未解決的問(wèn)題有關(guān)—層次問(wèn)題、量子引力的本質(zhì)、物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱性的起源？

我們正在見(jiàn)證科學(xué)方法應(yīng)有的運(yùn)作。觀察結(jié)果具有挑戰(zhàn)性的理論預(yù)測(cè)。多個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)正在審查數(shù)據(jù)并提出替代方案。社區(qū)既不急于宣布范式轉(zhuǎn)變,也不忽視不方便的結(jié)果。通過(guò)緩慢、平淡的證據(jù)和反證據(jù)積累、系統(tǒng)的錯(cuò)誤檢查和交叉驗(yàn)證、理論建議和觀察測(cè)試,正在取得進(jìn)展。

宇宙給了我們一個(gè)懺悔。它通過(guò)我們有史以來(lái)建造的最精確的儀器告訴我們,我們所理解的東西是不完整的。這種不完整性是否在于我們的宇宙學(xué)模型、我們的數(shù)據(jù)分析技術(shù)或一些尚未識(shí)別的系統(tǒng)錯(cuò)誤仍有待確定。未來(lái)幾年將會(huì)證明一切。表 1—負(fù) 0.16 電子伏 — 中的不可能數(shù)要么被解釋掉,要么被解釋。任何一個(gè)結(jié)果都會(huì)增進(jìn)我們的理解。這就是科學(xué)的運(yùn)作方式。

但不要誤解賭注。如果 DESI 異常在即將到來(lái)的測(cè)試中幸存下來(lái)—if 歐幾里得證實(shí)了重子聲振蕩張力,如果魯賓的超新星表現(xiàn)出相同的低紅移模式,如果 DESI DR3 增強(qiáng)而不是削弱信號(hào)—我們將被迫放棄支撐我們理解的宇宙學(xué)常數(shù)宇宙加速度長(zhǎng)達(dá)四分之一個(gè)世紀(jì)。我們需要解釋暗能量如何在不破壞宇宙的情況下跨越幻影鴻溝。我們需要了解為什么宇宙密謀向我們最敏感的探測(cè)器隱藏中微子質(zhì)量。簡(jiǎn)而言之,我們需要新的物理學(xué)。

宇宙正在坦白。我們應(yīng)該仔細(xì)聽(tīng)。

參考文獻(xiàn)和主要來(lái)源

DESI DR2 宇宙學(xué): M。阿卜杜勒-卡里姆等人。（DESI 合作）,“DESI DR2 結(jié)果 II:重子聲振蕩和宇宙約束的測(cè)量,” arXiv:2503。14738,物理。修訂版 D 112, 083515(2025 年 10 月）。

DESI DR2 中微子約束: W。埃爾伯斯等人。（DESI 協(xié)作）,來(lái)自 DESI DR2 BAO 和 DR1 Full Shape 的 “中微子物理約束,” arXiv:2503。14744,Phys。修訂版 D 112, 083513(2025 年 10 月）。

負(fù)中微子質(zhì)量分析: N。Craig, D。Green, J。Meyers, S。Rajendran, “No νs is Good News,” arXiv:2405。00836,Journal of High Energy Physics 2024, 97(2024 年 9 月）。DOI:10。1007/JHEP09(2024)097。

超新星系統(tǒng)學(xué): G。Efstathiou,“演化暗能量還是超新星系統(tǒng)學(xué)？” arxiv:2408。07175,mnras 538(2):875–882(2025 年 2 月）。

DES 響應(yīng): M。Vincenzi 等人,“比較 DES-SN5YR 和 Pantheon+ SN 宇宙學(xué)分析,” arXiv:2501。06664,MNRAS 541(3):2585–2593(2025 年 8 月）。

LRG 異常值分析: D。Sapone, S。Nesseris, DESI BAO 中的 “異常值:魯棒性和宇宙學(xué)含義,” arXiv:2412。01740,物理。修訂版 D 112, 063523 (2025)。

貝葉斯分析: DDY Ong, D。Yallup, W。Handley, “關(guān)于演化暗能量證據(jù)的貝葉斯視角,” arXiv:2511。10631(2025 年 11 月）。

引力波約束: 英國(guó)石油公司 阿博特等人。（LIGO/Virgo）,“GW170817:從雙中子星 Inspiral 觀測(cè)引力波,” Phys。萊特牧師。119, 161101 (2017)。

普朗克宇宙學(xué): 普朗克合作,“普朗克 2018 年結(jié)果。六。宇宙學(xué)參數(shù),” Astron。天體物理學(xué)。641,A6 (2020)。

理論約束: 碩士 Turner, “ΛCDM:前進(jìn)的道路,” arXiv:2511。01814(2025 年 11 月）。

了解更多時(shí)間深度剖析，盡在于此@黃先生斜杠青年

商業(yè)咨詢和顧問(wèn)業(yè)務(wù)，請(qǐng)@yellowscholar

關(guān)注我，帶你先看到未來(lái)！?

轉(zhuǎn)載聲明：除調(diào)整格式外，不得對(duì)原文做改寫(xiě)、改編。原創(chuàng)不易，謝謝！E-mail:yellow@aliyun.com

?聲明：本文為原創(chuàng)文本，非生成式，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！

商務(wù)咨詢/顧問(wèn)/請(qǐng)@yellowscholar?作者：黃先生斜杠青年