我们神秘的宇宙仍然无法被宇宙学所理解

科学既能揭示新知识，也能让我们看清自身的认知局限。一项新研究为一个自 20 世纪 20 年代起就萦绕不散的宇宙学谜题提供了新视角 —— 这个谜题关乎宇宙的构成与膨胀机制。科学家已知宇宙正以特定速率膨胀，但由于测量方法不同，他们至今仍无法就精确的膨胀速率，以及驱动宇宙快速膨胀的根源达成共识。

宇宙不仅在膨胀，星系间相互远离的速度还在以超出预期的方式加速。天文学家将这种神秘的加速驱动力命名为 “暗能量”，它约占宇宙能量与物质总量的 68%。但谜题并未就此解开：我们尚不清楚暗能量的本质，也不明白它为何能推动宇宙加速膨胀。

自 1929 年埃德温・哈勃首次测量宇宙膨胀速率以来，这一数值的精准量化始终是一大挑战。此后，科学家主要通过两种方式进行测算：一是利用本地宇宙中的 “距离标记物”（如变星、超新星）直接测量；二是通过宇宙大爆炸遗留的宇宙微波背景辐射，结合对宇宙构成的认知（即 “宇宙学标准模型”）进行推断。然而，本地宇宙与早期宇宙的观测结果并未如模型预测般一致，这种差异被称为 “哈勃张力”。如今，两项新研究的成果为破解这一难题带来了曙光。

超新星：宇宙中的 “里程标”

2022 年 5 月，由诺贝尔奖得主、空间望远镜科学研究所及马里兰州巴尔的摩约翰・霍普金斯大学的亚当・里斯领导的 “超新星哈勃常数测量团队”（SH0ES），基于哈勃望远镜 30 余年的观测数据，发布了宇宙膨胀速率的最新修正结果。他们利用哈勃望远镜对 42 颗超新星 “里程标” 进行了精准测量。

“借助顶尖望远镜与宇宙里程标这一‘黄金标准’，我们获得了目前最精确的宇宙膨胀速率数据。” 里斯表示。

然而，这一全新的高精度测量结果，仍与宇宙学标准模型的预测，以及欧洲空间局普朗克卫星对早期宇宙微波背景辐射的测量结果存在分歧。但该研究通过 30 余年的哈勃观测数据，印证了本地宇宙观测结果的精准性，进而暗示这种差异可能源于更根本的原因 —— 或许我们对宇宙物理规律的认知需要修正。

绘制 “团块状” 宇宙分布图

2023 年 1 月，由 150 余名科学家组成的国际团队发布了一项研究，为这一宇宙学谜题增添了更多线索。该团队利用智利托洛洛山美洲天文台的暗能量巡天数据，以及南极洲南极望远镜捕获的宇宙微波背景辐射数据，绘制出了全新的宇宙物质分布图。

研究发现，包括暗能量在内的宇宙物质分布情况，与宇宙学标准模型的预测存在差异：实际宇宙的 “团块性” 更低，物质分布更为稀疏。尽管还需更多研究验证观测结果的精准性，但这一异常现象似乎与哈勃张力指向了同一个核心问题。通过对比暗能量巡天望远镜拍摄的天空图像与南极望远镜、普朗克卫星的数据，团队得以推断宇宙物质的分布规律。

“目前尚无已知的物理理论能解释这种差异，” 研究人员在其中一篇论文中指出，“这种张力可能源于标准宇宙学常数和冷暗物质模型（ΛCDM）之外的新物理规律，也可能是分析过程中的系统性偏差所致。”

日益显著的分歧

两项研究采用不同的观测手段与设备，却均揭示了观测结果与广为接受的理论模型之间的未知差异。这些差异或许表明，我们对宇宙的某些基本属性仍缺乏了解，因此无法通过现有模型进行准确预测。过去 5 至 10 年间，这些分歧的显著性不断提升，且得到了多种测量方法的广泛支持，这使得 “差异源于实验偏差” 的可能性越来越低。

对宇宙学研究者而言，好消息是无论是当下已投入使用的研究工具，还是未来十年即将问世的设备，都有望助力破解这一谜题。目前在距地球 100 万英里处运行的詹姆斯・韦伯太空望远镜（JWST），观测 “里程标” 的精度比哈勃望远镜更高；未来几年，两项新的巡天任务也将启动 ——2027 年计划发射的罗曼太空望远镜，以及正在智利建造的薇拉・鲁宾天文台。2025 年，鲁宾天文台已开始扫描夜空，其超大视场与巨型相机将全面探测暗能量的本质；罗曼望远镜的视场则是哈勃望远镜的 100 倍，将为宇宙测绘提供更广阔的视角。此外，激光干涉引力波天文台（LIGO）等探测引力波的实验，以及对宇宙微波背景辐射的全新测量，都可能帮助优化早期宇宙的估算结果，完善理论模型。

目前，我们尚未完全解开这些研究发现的分歧之谜，但研究人员已在探索一系列极具潜力的理论。敬请期待 —— 这场探索宇宙奥秘、追寻更完善认知的旅程！