中國科學家提出暗能量新見解

　　愛因斯坦也會犯錯嗎？4月9日，中國科學院國家天文臺（以下簡稱國家天文臺）在北京發布的一項重要成果表明，愛因斯坦關于暗能量的想法可能錯了。

　　由國家天文臺研究員趙公博領銜的國際科研團隊基于“暗能量光譜巡天（DESI）”項目的相關數據，證實暗能量并不像愛因斯坦假設的“宇宙學常數”（Λ）那樣一成不變，而是很可能存在動力學屬性。

　　該成果為探索宇宙加速膨脹背后的物理機制提供了全新視角與關鍵證據，同時意味著可能存在宇宙學標準模型（ΛCDM）以外的新物理。4月8日，相關研究成果公布于預印本網站arXiv。

　　“我一生中最大的錯誤”

　　目前研究發現，我們身處的宇宙正在加速膨脹。理論上，這可能由約占宇宙總能量密度70%并具有負壓強的暗能量引起。

　　暗能量的本質究竟是什么？這個問題困擾了科學界20多年，至今依然沒有確切答案。

　　發布會上，趙公博從廣義相對論說起，介紹了暗能量的來龍去脈。20世紀初，愛因斯坦在將廣義相對論方程應用于整個宇宙時，意外發現一個令人震驚的結論——宇宙無法保持靜止狀態，要么在膨脹，要么在收縮。這一結果與愛因斯坦認為的“宇宙是靜態、永恒不變的”觀點大相徑庭，也讓他一度感到困惑。

　　于是，1917年，愛因斯坦在廣義相對論中強行引入Λ，試圖通過產生斥力來對抗引力，使宇宙保持靜止。然而，1929年，宇宙膨脹的發現顛覆了所有人的認知。“引入Λ是我一生中最大的錯誤。”愛因斯坦親手劃掉了方程中的Λ。

　　再一次反轉發生在1998年，宇宙加速膨脹被發現。這意味著，確實存在某種未知的斥力在對抗引力，成為驅動宇宙加速膨脹的“幕后推手”。科學家重新審視愛因斯坦的方程，將其中的Λ項再次寫入，并賦予它特定數值，完美解釋了觀測結果。

　　回顧這段歷史，科研人員認為，正是愛因斯坦的“錯誤”賦予了Λ新的生命。這個曾一度被遺棄的“錯誤”，如今竟成為解釋宇宙約70%未知成分的關鍵。

　　幾乎“確認”

　　科學家“撿回”愛因斯坦方程中Λ之后的20多年里，ΛCDM成功解釋了大量宇宙學觀測數據，被廣泛認為是當前最簡且有效的理論框架。

　　趙公博介紹：“暗能量的物理性質體現在其‘狀態方程’中，在ΛCDM中，暗能量通常被視為一種不隨時間演化的真空能量，其狀態方程恒定為-1。”

　　然而，隨著宇宙學觀測技術的發展與數據精度的提高，人們逐漸發現，在ΛCDM下，不同類型的觀測數據之間出現了一定程度的不自洽。這對ΛCDM提出了新挑戰。

　　在這項由趙公博領銜的最新研究中，研究團隊自主開發了一套新的暗能量重構分析方法。借助這一工具，他們對DESI最新獲取的宇宙膨脹速率進行了測量，并結合超新星和宇宙微波背景輻射的觀測結果，為探索暗能量的本質提供了重要的數據支持。

　　他們的新發現是，暗能量的狀態方程隨著宇宙演化而發生變化。數據分析顯示，這一結論的置信度達到4.3希格瑪（σ）。在粒子物理學中，判斷一項發現是否“確鑿”的黃金標準是達到5σ，這意味著結果出錯的概率僅為0.0001%，幾乎可以肯定其真實有效。

　　也就是說，最新的研究結果幾乎“確認”了愛因斯坦對Λ的初步設想存在偏差——它并非恒定不變，而是隨著時間發生演化。

　　“這項研究證實了此前DESI項目國際合作組使用不同分析方法得出的結論，即‘暗能量很可能存在動力學屬性’。”趙公博強調，這對傳統的Λ模型構成了挑戰，意味著其具有更復雜的演化行為。

　　“暗能量研究進入了一個新階段，在暗能量的觀測和理論解釋等方面大有可為。”發布會上，中國科學院院士、中國科學技術大學校長常進高度評價了這項成果。

　　大科學裝置+國際合作

　　趙公博表示，下一步，課題組將持續利用DESI后續觀測數據進行更精細的分析，并攜手國際同行，力求通過高精度的測量和更完備的理論模型，對暗能量的動力學屬性進行更全面、更嚴格的檢驗。

　　暗能量領域專家、中國科學院高能物理研究所研究員張新民表示：“隨著數據的積累，我們有理由相信置信度數值將來一定會增加，最終達到5σ。”

　　在專家們看來，天文大科學裝置與國際合作對本次成果的取得至關重要。

　　DESI項目是當今全球最重要的暗能量觀測計劃之一，聯合了全球70余家科研機構組成了國際合作團隊。DESI依托4米口徑的光學望遠鏡，通過對數千萬個天體的紅移進行高精度測量，精細繪制宇宙大尺度結構的三維圖譜，旨在深入揭示暗能量的物理屬性。

　　趙公博團隊與國家天文臺研究員鄒虎團隊參與DESI項目已有10余年時間。趙公博團隊牽頭合作組利用自主開發的分析方法開展暗能量性質的系統性研究。鄒虎團隊則積極參與DESI項目的科學運行，為DESI數據釋放貢獻了重要的增值星表，推動了科學新發現的進展。

　　如今，全球各國都在積極布局大型天文觀測設備。其中，國際上有口徑4米的多目標光譜儀望遠鏡（4MOST）、口徑6.5米的MegaMapper望遠鏡以及10米級的莫納克亞光譜巡天望遠鏡（MSE）等。我國則有口徑2米的中國巡天空間望遠鏡（CSST）、口徑6.5米的寬視場巡天望遠鏡（MUST）以及計劃中的郭守敬望遠鏡（LAMOST）二期巡天和10米級的極大光譜巡天望遠鏡（ESST）等。

　　中國科學院院士崔向群在發布會上表示：“期待未來ESST的助力，使我們用中國自己的設備在暗能量這一重大科學前沿領域作出貢獻！”

　　“希望大家支持天文界發展大裝置！”常進呼吁，“當然，有了大裝置，如何通過先進的工具取得世界級成果，也是天文學家值得考慮的問題。”