摘要：去年春天，一个由近 1,000 名宇宙学家组成的团队宣布，暗能量——推动宇宙以越来越快的速度膨胀的神秘力量——可能正在减弱。这一令人震惊的结果是该团队根据对数百万个星系运动的观察结合其他数据得出的，只是尝试性的初步结果。今天，科学家们报告（打开新标签）他们分析

暗能量正在变弱吗？新证据进一步证实了这一论断。

去年，一张巨大的宇宙地图暗示推动宇宙膨胀的引擎可能正在失灵。如今，物理学家们又带着一张更大的地图和更有力的结论回来了。1

暗能量光谱仪绘制的数百万个星系新地图。 该地图使宇宙学家能够绘制数十亿年的宇宙膨胀图。ESI 合作

去年春天，一个由近 1,000 名宇宙学家组成的团队宣布，暗能量——推动宇宙以越来越快的速度膨胀的神秘力量——可能正在减弱。这一令人震惊的结果是该团队根据对数百万个星系运动的观察结合其他数据得出的，只是尝试性的初步结果。今天，科学家们报告（打开新标签）他们分析的数据是之前的两倍多，而且更有力地指向了同一个结论：暗能量正在失去动力。

Seshadri Nadathur表示：“我们比去年更加确信这肯定会成真。”（打开新标签）他是暗能量光谱仪 (DESI) 合作小组的成员，也是这项新成果的幕后推手。

他们的研究结果于今天在加利福尼亚州阿纳海姆举行的全球物理峰会上公布，与第二组宇宙学家、拥有 400 人的暗能量调查 (DES) 的结果一致。DES 也对宇宙进行了大范围的观察，并报告了证据（打开新标签）我们在本月早些时候的一篇论文和今天在阿纳海姆会议的一次演讲中讨论了不同种类的暗能量。

迈克尔·特罗克塞尔说：“有趣的是，事情正在朝着这个方向发展，而且多个实验都发现了一些与暗能量恒定的想法相矛盾的地方。”（打开新标签），杜克大学 DES 团队成员。

如果随着更多数据的积累，暗能量演化的证据站得住脚——但这并不能保证——它将颠覆宇宙学家对我们最终命运的理解。密度和压力恒定的暗能量将注定我们的宇宙永远膨胀，直到不可逾越的鸿沟将每个粒子与所有其他粒子分开，扼杀一切活动。但演化的暗能量使替代的未来成为可能。“它挑战了宇宙的命运，”穆斯塔法·伊沙克·布沙基说（打开新标签）德克萨斯大学达拉斯分校宇宙学家、DESI 团队成员。“这是改变游戏规则的。”

暗能量的演化或减弱也将改写我们对当今现实的描绘。最直接的想法是，暗能量是空间真空本身的能量，这应该是量子物理学的一个不变特征。暗能量的演化预示着某种额外物质的存在，某种以前未被发现的宇宙基本成分。缺失的部分可能只是一种新型粒子，也可能揭示爱因斯坦引力理论的一个微妙缺陷。它甚至可能引导研究人员走上一条通往新物理学基本理论的道路。

伊沙克-布沙基说：“这听起来像是一次范式转变，它将改变我们的理解以及我们将所有部分整合在一起的方式。”

天体物理学家在 20 世纪 90 年代末首次探测到暗能量的影响。两个团队观测了数十颗遥远的超新星，发现最远的超新星距离我们的银河系比预期的还要远。似乎有某种东西正在加速宇宙的膨胀。

理论物理学家清楚地知道这个东西应该是什么：空间本身的能量。爱因斯坦在他的引力理论中指出了“宇宙常数”的数学位置——这种能量在任何地方都有恒定的密度和压力，从而产生排斥力。至于这种能量的来源，物理学家知道量子场（负责电子和光子等粒子的实体）会为原本空旷的空间贡献出高能的嘶嘶声。这种能量在几米的范围内太弱，不会产生影响，但在宇宙尺度上它应该会累积起来，随着更多空间（因此更多的真空能量）积累，星系会越来越快地彼此远离。宇宙膨胀确实在加速这一发现，证实了物理学家对量子场和引力的理解，尽管它提出了新的问题。

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暗能量光谱仪（照片中的黑色圆柱体）安装在亚利桑那州基特峰顶的梅亚尔望远镜上。

玛丽莲·萨金特（Marilyn Sargent），多媒体制作人

但近几十年来，宇宙学取得了长足进步。DESI 和 DES 都在绘制数百万个天体的图像，这为它们提供了确定暗能量是否真的是宇宙常数或微妙变化所需的分辨率。

DESI 的视野尤其清晰。这架望远镜位于亚利桑那州的基特峰顶，配备了数千只旋转的机器人眼睛。自 2021 年 5 月以来，这些眼睛夜复一夜地来回移动，将光纤电缆对准一个又一个星系并收集它们的光线。在运行的第一年，该望远镜观测了 600 万个星系，精确地确定了它们远离地球的速度。

许多星系距离我们如此遥远，以至于它们的光需要数十亿年才能到达我们。总而言之，它们的光照亮了过去 110 亿年左右的宇宙历史。DESI 宇宙学家专注于识别星系如何微妙地聚集成特定大小的大致球形的外壳，这些外壳是宇宙年轻时密度更大时穿过宇宙的涟漪的残留物。他们利用这些星系壳重建了宇宙膨胀的定格细节。

去年 4 月，DESI 科学家公布了第一年的观测结果。数据显示，暗能量在过去数十亿年中可能一直在减弱。其密度看起来并不恒定。

DESI 研究人员激动不已，但也十分谨慎。他们说话非常精确，将他们的发现描述为“暗示”而不是“证据”，并谨慎地添加了警告。团队成员强调，过去的经验是，随着更多数据的出现，物理学中的异常现象逐渐消失。

Kim Berghaus表示，“这是一个大问号：这些新暗示有多可靠？”（打开新标签）加州理工学院理论物理学家，并非 DESI 团队成员。“起初很多人以为它们会消失。”

DESI 的新地图涵盖了 1500 万个星系，横跨 320 亿光年的空间。（宇宙的年龄不到 140 亿年，但宇宙膨胀已经将其扩大了。）

DESI 合作和 KPNO
NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

去年秋天，该合作组织发布了更详细的分析（打开新标签）这项研究考虑了星系位置中更微妙的模式，而不仅仅是更明显的球形外壳。暗能量变化的迹象仍然存在。“每个人都松了一口气，”狄龙·布劳特说（打开新标签）他是波士顿大学的宇宙学家，也是 DESI 和 DES 团队的成员。

该团队的最新成果是基于基特峰上机器人眼睛三年的星空观测。通过对这些新数据的分析，大家的心情从轻松转为兴奋。

DESI 第一年的数据包含 600 万个星系，而三年的数据集则涵盖近 1500 万个星系。该团队再次确定了星系的球形外壳，并再次重建了过去 100 亿年的宇宙膨胀——这一次，分辨率更高。

几个月来，他们在模拟数据和真实数据的加密版本上磨练计算机代码，寻找错误并验证他们的分析是否正确。2024 年 12 月 10 日晚上，合作代表在墨西哥坎昆会面，花了三个小时讨论他们是否对从各个可能的角度审视分析感到满意。

当他们决定这样做时，少数研究人员回到酒店房间，解读数据并制作最终图表。英国朴茨茅斯大学的宇宙学家纳达瑟就是其中之一。他很荣幸成为地球上第一批收集迄今为止最大、最详细的星系图秘密的人之一。两天后，他在大约 200 名 DESI 同事面前登台，数百名团队成员远程观看，并分享了结果。“这是我职业生涯中最棒的经历，”他说。

单独来看，DESI 的 1500 万个星系既可以符合演化暗能量模型，也可以符合标准宇宙学理论，即假设宇宙常数的 Lambda-CDM 模型。（Lambda 是爱因斯坦宇宙常数的希腊符号，CDM 代表冷暗物质。）但是，当 DESI 研究人员还将附近星系中数千颗超新星位置的现有数据，以及古老光的残余（称为宇宙微波背景）揭示的宇宙早期状况考虑在内时，综合数据集与 Lambda-CDM 截然不同，并指向暗能量的演化。

DESI 拥有大约 5,000 个机器人眼睛，它们可以转向遥远的星系，逐一收集它们的光。

DESI 合作

DESI 去年春天报告称，综合数据集与 Lambda-CDM 模型预测的偏差高达 3.9 个“西格玛”，这是统计显著性的衡量标准。现在这个数字已经上升到 4.2 个西格玛。假设研究人员没有犯错，这个数字意味着 Lambda-CDM 是正确的宇宙模型的概率只有 1/30,000。这大概相当于抛硬币 15 次并连续 15 次出现正面的概率。

进一步强化结果，即使删除宇宙微波背景数据或超新星数据，与 Lambda-CDM 的矛盾仍然存在（尽管在较低水平）。这表明问题不在于任何一个数据集。

伊沙克-布沙基说：“他们肯定是合谋犯下大错，但我认为这是极其不可能的。”

DES 团队得出了类似的结论。五年来，他们在智利安第斯山脉的望远镜拍摄了 12% 天空的高分辨率照片，创建了迄今为止最广泛的超新星目录，并定位了数百万个星系描绘出的相同球形壳（尽管精度不如 DESI）。将这些数据与宇宙微波背景的最新观测相结合，他们发现与 Lambda-CDM 的张力为 3.2 西格玛，当暗能量被认为发生变化时，这种张力就会消失。“这描绘了一幅美好的一致图景，”特罗克塞尔说。

然而，DES 团队警告说，宇宙学中的统计分析是一项棘手的工作。通常情况下，你可以反复进行实验，直到你确信你的理论是对还是错。但宇宙学家只能观察一个宇宙。既然如此，数据和理论之间的矛盾可能源于对理论本身的假设，而不是数据中的意外模式。“不管喜欢与否，它都有一定的主观性，” Chihway Chang说（打开新标签），芝加哥大学宇宙学家，DES 团队成员。

解释新结果的另一个挑战是，至少在 DESI 的宇宙历史中，暗能量似乎在数十亿年的时间里逐渐增强，然后在大约 60 亿年前开始减弱。这种增强行为并非不可想象，但理论家们认为这非常不自然，称之为“幻影”暗能量。

他们已经想出了为什么幻影并不存在的原因。也许早期的数据并没有描绘出准确的画面。暗能量对宇宙早期的影响很温和，因为当时的空间太小了；那个时代的信号较弱。伯格豪斯谨慎乐观地认为 DESI 发现了一些真实的东西，但她的希望取决于暗能量是否会随着时间的推移而持续减弱。“如果它真的进入幻影交叉口，”她说，“她更倾向于认为这是一个系统性错误。”

暗能量调查项目花了五年时间，使用安装在智利维克托·布兰科望远镜（中）上的相机绘制了南部天空的图像。

Reidar Hahn/费米实验室

变化的暗能量将极大地扩展宇宙走向的可能性范围。膨胀可能会停止，引力可能会让一切崩溃。或者暗能量可能再次成为幻影，膨胀的宇宙甚至可能加速。一切都取决于产生这种能量的细节。

“现在，潘多拉的盒子已经打开，等待各种理论的揭开，”Ishak-Boushaki 说道。

越来越多的暗能量变化证据激发了理论物理学家们的激烈反应。

对于Cumrun Vafa（打开新标签）哈佛大学物理学家认为，宇宙中总能量缓慢消散的概念是完全自然的。他的专长是弦理论，这是一种推测框架，试图用振动的能量弦来解释所有物质和力。他表示，在尝试构建弦宇宙时，你不可能构建一个每立方米空间都永远保持正能量的宇宙。最终，能量必须下降，要么突然下降，要么随着时间的推移缓慢下降。“这种理论要求它改变，”他说。“唯一的问题是变化速度有多快。”他对 DESI 数据感到特别兴奋，因为它与许多弦宇宙模型中出现的缓慢下降相一致。

拉斐尔·布索（打开新标签）加州大学伯克利分校的理论物理学家认为，暗能量所谓的变化非常不可能发生，几乎是不可能的。他指出，仅从我们已知存在的粒子的行为来看，真空中一定有一些恒定的能量；这不是可有可无的。因此，DESI 必须注意到一些额外的、未被发现的场的微妙影响，这些场充当着逐渐变薄的排斥流体——一种层状结构，位于恒定真空能量之上，几乎与恒定真空能量没有区别。他认为，更有可能的是，一些微妙的失误或不幸导致 DESI 团队错误测量了宇宙常数。

“它走路像鸭子，叫声也像鸭子。它是穿着鸭子服装的独角兽吗？”布索说。“为了三西格玛，甚至四西格玛，我不会失眠的。”

当布索酣睡时，基特峰上那双永不眨眼的机器人眼睛将继续凝视宇宙和过去，捕捉光子，绘制第三张（也是最后一张）宇宙地图。这张地图将包括 5000 万个星系，可能在 2026 年底或 2027 年初成型。今年晚些时候，DES 合作计划发布星系和物质如何在过去数万年中聚集的观测结果，这一过程反映了引力的拉动和暗能量的推动之间的拉锯战。他们的研究结果应该会进一步阐明暗能量是否正在耗尽。

研究人员一致认为，现在是成为宇宙学家的激动人心的时刻。伯格豪斯认为，暗能量异常是众多引人注目的 宇宙学谜团中的最新一个。随着未来十年新一代望远镜的投入使用，她感觉宇宙学迎来了黎明。“在 Lambda-CDM 下，我们现在面临着所有这些紧张局势，”她说。“所以从这个角度来看，我认为这不是故事的结局。”

来源：人工智能学家