標準模型已經(jīng)存在50年了，為何還沒被推翻？

2025年已經(jīng)結(jié)束了。

這一年里，無數(shù)科學新聞的標題都在宣稱：標準模型要完蛋了。

什么暗能量在演化，什么早期星系太亮太多，什么μ子磁矩有異常，什么宇宙膨脹速度對不上。

每一個新發(fā)現(xiàn)都被包裝成"顛覆性突破"，每一個觀測異常都被解讀為"標準模型的終結(jié)"。

但現(xiàn)實是：標準模型依然穩(wěn)如泰山。

它經(jīng)受住了2025年所有理論的攻擊，就像過去幾十年一樣。

什么是標準模型

先說清楚什么是標準模型。

在粒子物理學中，標準模型包含：六種夸克及其反粒子，三種帶電輕子（電子、μ子、τ子）及其反粒子，三種中微子及其反粒子，還有傳遞力的粒子，光子、三種弱相互作用玻色子、八種膠子，以及希格斯玻色子。

這些粒子通過電磁力、強核力、弱核力和引力相互作用。在高能量下，電磁力和弱核力統(tǒng)一為電弱力。

在宇宙學中，標準模型描述的是：宇宙起源于大爆炸，經(jīng)歷了暴脹時期，然后膨脹冷卻，形成了我們今天看到的結(jié)構(gòu)。宇宙中約5%是普通物質(zhì)，27%是暗物質(zhì)，68%是暗能量。

這兩個標準模型并不完美。它們無法解釋暗物質(zhì)的本質(zhì)，無法解釋暗能量是什么，無法解釋為什么宇宙中物質(zhì)比反物質(zhì)多，也無法解釋粒子質(zhì)量的具體數(shù)值。

但不完美不等于錯誤。

2025年的挑戰(zhàn)

去年有幾個看起來很有希望推翻標準模型的發(fā)現(xiàn)。

首先是μ子磁矩異常。多年來，實驗測量值和理論預測值之間存在差異。費米實驗室的μ子g-2實驗達到了所需的精度，很多人期待這會成為超越標準模型的確鑿證據(jù)。

結(jié)果呢？理論計算方法改進了，新的預測值和實驗值完全吻合。

又一次，標準模型贏了。

然后是重子中的CP破壞。我們知道在介子中存在CP破壞，也就是物質(zhì)和反物質(zhì)在鏡像對稱下的行為不同。但在重子中是否也存在？2025年，大型強子對撞機的LHCb合作組發(fā)現(xiàn)了重子中的CP破壞證據(jù)。

這是個重要發(fā)現(xiàn)，但它完全符合標準模型的預測。不需要任何超越標準模型的新物理。

標準模型又贏了一次。

中微子方面也一樣。今年我們把中微子質(zhì)量的范圍縮小到了有史以來最窄的窗口，但它們沒有顯示出任何"新奇"的行為，只是在三種已知的味道之間振蕩，完全符合預期。

理論泡沫

當實驗不斷確認標準模型時，理論家們在做什么？

他們在提出新理論。

2025年流行的一個想法叫"正幾何"，聲稱是通往萬有理論的道路。也許有一天它會有成果，但現(xiàn)在它只是沙盒里的又一個想法，眾多希望在重現(xiàn)標準模型成功的同時解釋標準模型無法解釋的現(xiàn)象的理論之一。

問題是，隨著大語言模型的興起，越來越多動機不足的理論涌現(xiàn)出來，增加了本已嘈雜的海洋中的噪音。理論家們在拼命尋找真實信號的哪怕一點提示，但大部分是垃圾。

建造新的更強大的粒子對撞機，是探索未知前沿的最佳選擇。但這看起來越來越不可能，因為公眾情緒正在轉(zhuǎn)向短視的替代方案，而這些方案可能只是最新一輪未兌現(xiàn)承諾的泡沫。

宇宙學的謎題

在宇宙學方面，同樣的謎題依然存在。

暗物質(zhì)的起源和性質(zhì)，暗能量的性質(zhì)和是否恒定，物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱的起源。還有純粹基于觀測產(chǎn)生的其他謎題：宇宙膨脹速率的爭議，宇宙塵埃的起源，早期星系的豐度和亮度，宇宙暴脹的未經(jīng)檢驗的預測是否描述了我們的現(xiàn)實，暗能量是否在演化。

很多人已經(jīng)自行決定，無論是否屬實，謎題太多了，標準模型不足的跡象太多了，共識圖景無法成立。

但這不是科學判斷問題的方式。

大量暗示性的觀測和理論張力，如果單獨來看顯著性都很低，這是科學論證中的無賴戰(zhàn)術(shù)。相反，最可靠的數(shù)據(jù)才是最重要的，這才是我們決定任何有爭議問題的方式。

DESI的證據(jù)不夠

比如DESI的結(jié)果。

DESI是有史以來最大的深度大尺度結(jié)構(gòu)巡天，比以往任何時候都更全面地揭示了星系、星系團和宇宙網(wǎng)。

但它關(guān)于暗能量演化的"證據(jù)"，單獨來看只有約2σ的顯著性，而宣布發(fā)現(xiàn)需要5σ。只有將它與其他數(shù)據(jù)集（如CMB和超新星數(shù)據(jù)）結(jié)合，顯著性才會增加，即便如此，也遠未達到5σ閾值。

而且，與某些超新星數(shù)據(jù)的結(jié)合實際上降低了顯著性。

暗能量可能確實在演化，但我們必須等待來自更大、更全面巡天的證據(jù)：來自維拉·魯賓天文臺、歐幾里得、SPHEREx和即將到來的南希·羅曼望遠鏡。

暴脹依然成立

很多人質(zhì)疑宇宙暴脹是否是引發(fā)熱大爆炸的正確圖景。對暴脹的批評很多,包括來自其共同創(chuàng)始人之一的批評。

但這些批評無法削弱暴脹的成功，包括：預測空間平坦度達到99.99%或更好的水平，預測大爆炸開始時的最高溫度遠低于普朗克尺度，預測幾乎但不完全標度不變的種子漲落譜，其中漲落是絕熱的并出現(xiàn)在超視界尺度上。

這些都無法由沒有暴脹過去的熱大爆炸來解釋。

支持暴脹的證據(jù)是壓倒性的，這就是為什么它在專業(yè)人士中的接受度與暗物質(zhì)或暗能量一樣高。

早期星系不是問題

在極遙遠的宇宙中，我們看到了比以往更遙遠的星系，包括2025年打破了有史以來發(fā)現(xiàn)的最遙遠星系的紀錄。

許多人聲稱這些早期的、遙遠的、大量出現(xiàn)的星系已經(jīng)證偽了標準宇宙學模型。

但實際科學并不是這樣表明的。

我們了解到，標準結(jié)構(gòu)形成與暗物質(zhì)這一關(guān)鍵成分的結(jié)合，確實可以產(chǎn)生我們看到的天體，只要我們考慮到爆發(fā)式恒星形成和由于中心超大質(zhì)量黑洞活動導致的亮度增強這兩種現(xiàn)象。

這些早期星系，有時被稱為"小紅點"，與我們的標準宇宙學模型是一致的。

唯一真正的問題

但有一個謎題仍然重要，可能確實是新物理的暗示：哈勃張力。

盡管一位著名的、甚至傳奇的天文學家聲稱我們還沒有達到宣布哈勃張力是宇宙學真正問題的顯著性，但事實是，我們編制距離階梯測量的幾乎每一種方法都指向同一個結(jié)論：宇宙的膨脹速度遠快于CMB或BAO的"早期遺跡"方法得出的結(jié)果。

它們得出的不是67 km/s/Mpc，而是73-74 km/s/Mpc或更高，這給宇宙的內(nèi)容制造了一個謎題，并導致我們質(zhì)疑暗能量是否恒定。

這是2025年結(jié)束時唯一真正站得住腳的挑戰(zhàn)。

標準模型依然堅挺

如果你只看消費科普新聞，你可能會得出這樣的印象：標準模型千瘡百孔，許多不同的研究團隊已經(jīng)完全推翻了它。

這與事實相去甚遠。

標準模型一再面臨最激烈的攻擊，來自更多尋求推翻它的人，但用有史以來收集的最大規(guī)模、最高質(zhì)量的數(shù)據(jù)擊退了所有攻擊。

雖然關(guān)于我們目前理解和知道的東西確實存在謎題，但標準模型幾乎沒有任何裂縫。

當然，我們很想揭開哈勃張力背后的完整解釋。我們很想知道DESI的證據(jù)是即將到來的革命的先兆，還是只是數(shù)據(jù)中的一個波動。我們很想知道暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是什么，以及宇宙物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱是如何產(chǎn)生的。我們很想知道中微子的真實基本性質(zhì)是什么，以及它們是否與這些謎題中的任何一個或全部有關(guān)。我們很想用知識取代關(guān)于標準模型之外可能存在什么的猜測：用清楚表明答案的數(shù)據(jù)。

但無論如何，至少到2025年底，標準模型依然穩(wěn)如泰山。

那些宣稱它已經(jīng)崩潰的人，要么是不懂科學，要么是在蹭熱度。

真正的科學家知道：推翻一個理論需要的不是一堆低顯著性的暗示，而是無可辯駁的證據(jù)。

目前，這樣的證據(jù)還不存在。

參考資料：

• LHCb合作組關(guān)于重子CP破壞的研究，2025
• Muon Theory Initiative關(guān)于μ子g-2的白皮書，2025
• DESI合作組關(guān)于暗能量的觀測結(jié)果，2025
• SPT、ACT、Planck關(guān)于CMB的聯(lián)合分析，2025
• 距離階梯測量哈勃常數(shù)的綜合研究，2024