想象一下，你正在观察宇宙这张巨大的挂毯，发现其中一根最神秘的线——暗能量——可能正在减弱。这就像一个在宇宙中展开的侦探故事，暗能量光谱仪（DESI）团队为我们对宇宙的理解翻开了新的一页。他们最新的观测，来自惊人的1870万个天体，暗示暗能量——之前被认为是恒定不变的力量——实际上可能随着时间推移而减弱。
宇宙之谜揭开
故事开始于20世纪末，当时天文学家震惊地发现，宇宙不仅仅是在膨胀，而且是以越来越快的速度膨胀。为了解释这种加速，科学家们提出了暗能量的概念，这是一种神秘的力量，大约占宇宙的70%。几十年来，流行的Lambda-CDM模型将暗能量描绘成一种均匀、永恒的常数——一种宇宙胶水，确保空间结构以越来越快的速度延伸。但正如任何解开过谜团的人都知道的那样，你挖掘得越深，出现的问题就越多。
你知道吗，宇宙主要由神秘成分组成？大约68%的宇宙是由暗能量构成的，它驱动着宇宙加速膨胀。另有27%由暗物质组成，这是一种看不见的物质，它影响引力，但不与光相互作用。与此同时，普通的重子物质，包括我们所能看到的一切，如恒星和行星，仅占宇宙总组成的约4.9%。这意味着近95%的宇宙是由这些神秘的暗成分组成的，这让我们对宇宙还有很多需要发现的地方。
表：Lambda-CDM模型概述，包括其组成部分、假设、成功之处和挑战。
| 类别 | 描述 |
|---|---|
| 主要组成部分 | - Lambda (Λ)：驱动加速膨胀的暗能量（约占能量密度的70%）。 |
| - 冷暗物质 (CDM)：形成大规模结构的非相对论性物质（约占25%）。 | |
| - 普通物质：重子物质，如质子和中子（约占5%）。 | |
| 假设 | - 宇宙学原理：宇宙在大尺度上是均匀和各向同性的。 |
| - 广义相对论：支配时空和能量相互作用。 | |
| - 平坦宇宙：得到宇宙微波背景（CMB）观测的支持。 | |
| 成功之处 | - 与宇宙微波背景观测结果相符（例如，普朗克任务）。 |
| - 预测原始核合成和轻元素丰度。 | |
| - 解释星系分布和重子声学振荡。 | |
| - 解释在遥远星系和超新星中观察到的加速膨胀。 | |
| 挑战 | - 哈勃常数 ($H_0$) 测量中的差异。 |
| - 暗物质粒子的未解释性质。 | |
| - 星系旋转曲线和其他现象的偏差。 |
DESI：绘制宇宙的最大秘密
DESI 登场，它是天文学领域最先进的“侦探”，配备了5000个光纤“眼睛”。在几年的时间里，DESI 的任务是绘制数百万个星系，跨越超过200亿光年的距离。在2025年3月19日，经过三年艰苦的数据收集，DESI 团队公布了他们的最新发现。他们的策略很巧妙——通过测量宇宙网络中有节奏的“气泡”，即重子声学振荡（BAO），科学家们可以像宇宙速度计一样绘制宇宙的膨胀图。
表：重子声学振荡（BAO）概要——形成、特征和宇宙学意义
| 方面 | 描述 |
|---|---|
| 形成 | 早期宇宙中的声波在光子和物质的原始等离子体中传播。 |
| 复合时期 | 大爆炸后约38万年，宇宙冷却，允许光子分离并“冻结”声波。 |
| 尺度 | 声波传播的最大距离约为150 Mpc（今天为4.9亿光年）。 |
| 标准尺 | BAO 提供了一个固定的尺度，用于测量宇宙距离和绘制宇宙膨胀图。 |
| 暗能量研究 | BAO 数据有助于约束宇宙学参数，并提高对暗能量的理解。 |
| 星系分布 | BAO 在星系聚类中留下印记，增强了约150 Mpc 处的星系对分离。 |
| 观测证据 | 在星系红移巡天和宇宙微波背景（CMB）数据中检测到。 |
线索指向一种变化的力量
最早的线索出现在 DESI 早期的数据中，一些异常现象让研究人员感到疑惑：暗能量会演变吗？许多人持怀疑态度，认为这些早期线索可能仅仅是测量误差的微弱回声。然而，随着更多数据的涌入，一个更加一致的故事浮出水面。目前这批数据，比之前的斯隆巡天等项目的数据量大了十倍，进一步证实了暗能量对宇宙的控制可能正在减弱的观点。如果这是真的，我们将需要重写一些我们最珍视的宇宙学结论——从重新计算宇宙的年龄到重新思考它的最终命运。
一个新的模型出现：进入 w₀–wₐCDM
为了取代旧的、不变的暗能量，科学家们现在正在探索一种被称为 w₀–wₐCDM 的动态模型。将暗能量想象成一位经验丰富的演员，他的表演随着时间的推移而变化。根据这个模型，随着宇宙的膨胀，曾经将星系推开的能量密度正在逐渐减小。DESI 的数据表明，这种衰退可能很显著——一个足够强的信号，达到了约 4.2 sigma 的统计置信水平。虽然这还不是物理学家认为是真理的“5-sigma 发现”标准，但这无疑是一个引人注目的线索，表明我们宇宙的剧本可能比我们曾经认为的更灵活。
表：物理学中的 Sigma 水平、置信水平和随机概率
| Sigma 水平 ($\sigma$) | 置信水平 | 随机概率 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 Sigma ($1σ$) | 68% | 32% | 结果可能由于随机变化；不被认为是具有统计学意义的。 |
| 2 Sigma ($2σ$) | 95% | 5% | 中度显著；仍然有显著的随机可能性。 |
| 3 Sigma ($3σ$) | 99.7% | 0.3% | 高度显著；通常用作物理学中的初步证据。 |
| 5 Sigma ($5σ$) | 99.99994% | ~0.00003% | 粒子物理学发现的黄金标准；极低的随机性。 |
剧情加深：新的挑战在地平线上
与任何伟大的故事一样，新的启示都伴随着自身的难题。动态暗能量模型，尽管与观测数据非常吻合，但也并非没有挑战。首先，它难以调和所有的宇宙测量——最值得注意的是，臭名昭著的哈勃张力，即不同宇宙膨胀率测量方法之间的不一致。此外，在某些情况下，该模型暗示了“幻影能量”，这是一种理论上的可能性，可能会导致奇异而暴力的未来场景。然而，这些问题只会加深人们的兴趣，为未来的研究和辩论提供了沃土。
你知道吗，“哈勃张力”是现代宇宙学中最大的谜团之一？它指的是哈勃常数 ($H_0$) 测量值中令人费解的不一致，哈勃常数描述了宇宙膨胀的速度。对早期宇宙的观测，如宇宙微波背景，表明较慢的膨胀速度 ($67.4 , \text{km/s/Mpc}$)，而使用恒星和超新星对局部宇宙的测量表明更快的速度 ($73.2 , \text{km/s/Mpc}$)。尽管使用了精确的方法，但这些结果并不匹配，暗示着要么存在隐藏的错误，要么我们对暗能量、暗物质或宇宙演化的理解存在差距。科学家们称其为“危机”，可能会带来关于宇宙的突破性发现！
你知道吗，“幻影能量”有两个有趣的含义？在宇宙学中，它指的是一种假设形式的暗能量，它可能会将宇宙的膨胀加速到灾难性的程度，可能导致“大撕裂”。另一方面，在日常生活中，幻影能量是指电子设备即使在关闭或待机模式下也会消耗的电力，通常被称为“吸血鬼电力”。这可能占家庭能源消耗的很大一部分。通过理解和解决这两种类型的幻影能量，我们可以探索宇宙的奥秘，并减少家庭中不必要的能源消耗。
我们宇宙故事的新篇章
虽然现在宣布旧的 Lambda-CDM 模型已经过时还为时过早，但 DESI 团队的发现无疑为我们提供了一个更加动态和演变的宇宙的诱人一瞥。随着 DESI 继续收集更精确的数据——最终目标是绘制3000万到4000万个星系——科学界正站在一个新范式的门槛上。在这场不断展开的发现传奇中，每一次新的观察都是通往更完整的宇宙图景的垫脚石——这是一场宇宙戏剧，其中暗能量的奥秘继续吸引和挑战我们的理解。
在伟大的科学叙事传统中，这些发展提醒我们，宇宙不是一个静态的背景，而是一个鲜活的、不断演变的故事——而我们是它热切的观众，不断受到启发去翻开下一页。