顛覆認(rèn)知！數(shù)學(xué)家：暗能量或許根本不存在，宇宙膨脹另有原因

? ? 你有沒有想過，宇宙中最"確定"的東西，可能從來就不存在？過去近三十年，整個(gè)物理學(xué)界把宇宙加速膨脹的"鍋"甩給了一個(gè)誰也沒見過的東西——暗能量。
? ?宇宙總能量的68%由它占據(jù)著，可它從來沒有被任何儀器直接探測到，現(xiàn)在，有幾位數(shù)學(xué)家說了句挺讓人震驚的話，說不定它壓根就不需要存在。

? ?不是科幻情節(jié)。到了2024年，有三個(gè)研究數(shù)學(xué)的人在《皇家學(xué)會學(xué)報(bào)A》上面發(fā)表文章，直接就去挑戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的基礎(chǔ)，他們覺得，廣義相對論本身的數(shù)學(xué)構(gòu)建里面，已經(jīng)藏著加速膨脹的答案。克里斯托弗·亞歷山大、布萊克·坦普爾和澤克·沃格勒做了一件事：把愛因斯坦和歐拉的經(jīng)典方程換了一種寫法。
? ?他們用"自相似變量"重新表述方程，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型賴以立足的弗里德曼時(shí)空——那個(gè)假設(shè)宇宙均勻膨脹的理想模型——其實(shí)是一個(gè)"不穩(wěn)定鞍點(diǎn)"。
? ?關(guān)于不穩(wěn)定鞍點(diǎn)是怎樣的。不妨這樣來理解，有一個(gè)籃球靜止在馬鞍形曲面的最高點(diǎn)處，只要有一點(diǎn)風(fēng)吹草動，它就會朝著任意方向滾落，而宇宙演化也是遵循著類似的規(guī)律的，某片區(qū)域的物質(zhì)密度只要稍微低于平均值，其膨脹路徑就會偏離標(biāo)準(zhǔn)模型，在中期階段就會觸發(fā)加速膨脹。
? ?這種加速和我們觀測到的"暗能量驅(qū)動"的加速，量級完全一致。坦普爾說得很直白：星系的加速膨脹本可以從廣義相對論中直接預(yù)測，根本無需引入暗能量。
? ?換言之，暗能量可能只是我們對方程"簡化過度"后不得不打上的一個(gè)補(bǔ)丁。物理學(xué)界還沒消化完這個(gè)結(jié)論，另一條路又出現(xiàn)了。?布朗大學(xué)理論物理學(xué)家薩瓦斯·庫希亞帕斯從量子力學(xué)切入，提出更大膽的猜想：宇宙自身也許遵循一套"不確定性原理"。

? ?微觀世界里，海森堡告訴我們粒子的位置和動量無法同時(shí)精確測定。庫希亞帕斯把這一邏輯搬到宇宙尺度上，認(rèn)為宇宙的大小和膨脹速率同樣是"不對易"的——不可能同時(shí)被精確鎖定。
? ?把這個(gè)假設(shè)放到弗里德曼方程里之后，宇宙晚期的加速膨脹就自己出現(xiàn)了，都不用額外加什么暗能量進(jìn)去，更妙的是，這個(gè)模型弄出了能檢驗(yàn)的預(yù)言，純宇宙學(xué)常數(shù)的理論預(yù)想得稍微被暗能量的狀態(tài)方程偏離，而暗能量光譜儀DESI在2024年發(fā)布的觀測數(shù)據(jù)當(dāng)中，正好就存在這種偏差的苗頭。
? ?雖然DESI的結(jié)果目前僅有3.5到4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的顯著性，遠(yuǎn)未達(dá)到物理學(xué)界公認(rèn)的5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差"發(fā)現(xiàn)"門檻，但方向耐人尋味。兩個(gè)理論，兩條路徑，殊途同歸。
? ?這就會讓人想到19世紀(jì)的“以太”。科學(xué)家們特別相信光的傳播得有一種介質(zhì)，花了好多精力去尋找，最后發(fā)現(xiàn)它壓根不存在，那暗能量會不會是21世紀(jì)的“以太”。
? ?質(zhì)疑永遠(yuǎn)比證明容易。亞歷山大他們的研究是基于高度簡化的假設(shè)，就是宇宙沒壓力、徑向?qū)ΨQ，可真實(shí)的宇宙有很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和各向異性，那這個(gè)不穩(wěn)定性在更接近現(xiàn)實(shí)的情況下能不能存在，沒人能肯定地說。?庫希亞帕斯的理論是一篇單人署名的預(yù)印本，還沒經(jīng)過同行評議的嚴(yán)格檢驗(yàn)，一個(gè)大膽的猜想，得有更多獨(dú)立驗(yàn)證才能站得住腳。

? ?科學(xué)還挺有意思就在這兒。好幾百個(gè)星系的紅移數(shù)據(jù)一直在被DESI不斷地觀測著，歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡在2023年7月已經(jīng)發(fā)射升空，薇拉·魯賓天文臺預(yù)計(jì)在2025年末能夠全面開展巡天工作。這些"巨眼"將在未來幾年給出更精確的暗能量狀態(tài)方程測量。屆時(shí)，"暗能量是否存在"這個(gè)問題，或許將從哲學(xué)爭論變成實(shí)證裁決。
? ?如果暗能量真的只是數(shù)學(xué)幻象，它近三十年的"統(tǒng)治史"將給科學(xué)界一個(gè)深刻教訓(xùn)：假設(shè)的權(quán)威性有時(shí)會超越證據(jù)本身。一個(gè)合理的假設(shè)被反復(fù)引用后，會悄然獲得"事實(shí)"的地位。有意思的是，就算暗能量最后被證明是錯(cuò)的，這三十年也不是一點(diǎn)價(jià)值都沒有，它給宇宙學(xué)提供了統(tǒng)一的計(jì)算框架，還弄出了好多觀測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法。
? ?科學(xué)的進(jìn)步有時(shí)恰恰依賴"錯(cuò)誤"的假設(shè)——它至少給出了一個(gè)可以被證偽的靶子。沒有靶子，射擊毫無意義。
? ?三五年之后，當(dāng)薇拉·魯賓天文臺積累起足夠多的超新星觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)歐幾里得望遠(yuǎn)鏡畫出大尺度宇宙結(jié)構(gòu)的三維圖譜的時(shí)候，人類也許就會進(jìn)入一個(gè)全新的認(rèn)知臨界點(diǎn)。
? ?到那時(shí)候，真正值得追問的或許不是"暗能量存不存在"，而是：我們還愿意為多少個(gè)"看不見的假設(shè)"買單？
? ?聲明：本文的內(nèi)容90%以上為自己的原創(chuàng)，少量素材借助AI幫助。但是，本文所有內(nèi)容都經(jīng)過自己嚴(yán)格審核。圖片素材全部都是來源真實(shí)素材簡單加工。所寫文章宗旨為：專注科技熱點(diǎn)的解讀，用簡單的語言拆解復(fù)雜的問題，無低俗等不良的引導(dǎo)，望讀者知悉。
數(shù)據(jù)來源：
【1】亞歷山大·C.,湯普森·B.,沃格爾·C.《弗里德曼-萊曼-羅伯遜-沃克時(shí)空的非線性穩(wěn)定性》。皇家學(xué)會A輯，2024年。
【2】庫希亞帕斯S.《來自量子不確定性的晚期宇宙加速》。arXiv 預(yù)印本，2024年。
【3】DESI合作組。"DESI2024VI:來自BAO的宇宙學(xué)約束。"arXiv:2404.03002,2024年。
【4】歐洲航天局。Euclid任務(wù)發(fā)射與目標(biāo)。ESA官方網(wǎng)站，2023年。
【5】維拉·C·魯賓天文臺。空間與時(shí)間遺產(chǎn)巡天(LSST)概覽。rubinobservatory.org，2024年。