古往今來,每個文化都有關於時間終結的流傳故事。北歐神話中,諸神與冰霜巨人在雷納阿羅克一役將舉行最後的決戰;基督教啟示錄也預言世界的終結會在哈米吉多頓爆發。就連現代科學也有自己的宇宙終局理論 —— 一種被稱為暗能量的神秘重力場,將使銀河系彼此遙遙相離,直至看不見彼此。盡管這個想法在科學界廣受認可,但近期一些媒體報道稱,科學家們可能要重新考慮他們的預測了。
然而,這些傳言還為時尚早。一個名為"暗能量光譜儀"(DESI)的天文學家團隊最近釋出了一項關於暗能量和其隨時間變化的高精度測量成果。
宇宙在膨脹
近一個世紀以來,天文學家們早已知曉宇宙正在不斷膨脹。幾十年來,人們一度以為宇宙中的星系重力正在減緩這種擴張。直到1998年,兩個天文學家小組的發現打破了這一認知 —— 宇宙的膨脹速度並沒有放緩,反而在加快!在接下來的25年裏,大量觀測數據證實了這一發現,天文學家們從中總結出一個解釋。
他們認為,宇宙中充滿了一種具有常量密度的能量場,被稱為暗能量或宇宙學常數。在DESI公布最新觀測結果之前,所有之前的測量都與暗能量是常量這一理論相符。不過,暗能量是否真的恒定也並非確定無疑,一些理論預測它會隨時間而變化,這種可變形式被稱為"黑奇異物質"。
如果暗能量真的在變小,普通萬有重力減緩宇宙膨脹的效應可能會重新占上風,導致一個被稱為"大重爆"的情景:整個宇宙開始逐漸塌縮、最終徹底崩潰。相反,如果暗能量變大,其排斥效應可能會撕裂銀河系、恒星系,嚴重情況下甚至能分離原子。如果暗能量大得離譜,宇宙的遙遠未來可能只剩下分散的亞原子粒子,形態將與當下完全不同。
為了判斷暗能量是否真的在變化,天文學家們需要測量宇宙膨脹的歷史變遷軌跡。DESI計畫便是利用位於亞利桑那州的4公尺馬亞爾望遠鏡,觀測遙遠星系並測定它們相對於地球的運動速度。由於光速的極限,這些觀測數據最遠可追溯到110億年前的星系。透過比較不同距離星系的運動速度變化,就能推算出暗能量的變遷過程。
DESI計劃進行為期5年的觀測,從2019年開始執行。經過多年精心分析,該團隊終於公布了第一年的觀測成果,主要包括:
繪制出了過去110億年間宇宙結構的最大最精確的圖譜;
精確度達1%以內地測量了80-110億年前宇宙的膨脹歷史;
精度超過了所有以前觀測數據的總和。
DESI的新聞釋出會和論文均聲稱,他們的數據與暗能量是常量的主流理論相符。然而,當將DESI數據與其他早期觀測綜合比對時,一種暗能量正在逐漸變小的理論模型反而與總體數據更加吻合。
常量與動態暗能量之爭
那麽,兩種理論孰是孰非?這裏的關鍵在於統計學。在探索性科學領域,理論預測與實際測量結果往往並不完全一致,因為測量過程會由於儀器誤差等原因產生固有的不確定性,同時理論本身也可能存在一定近似。
比如說,如果某個量的理論預測值是1,而測量值是2±0.9,那盡管預測值與測量值範圍(1.1-2.9)有所出入,但這種差異尚且不足以斷言二者存在根本分歧。但如果測量值變成6±0.9(範圍5.1-6.9),與預測值之間的差距就大到無法忽視了。
在DESI最新釋出的測量結果中,理論預測與僅基於第一年觀測數據得出的實測結果雖然存在一些微小差異,且這一差異更支持暗能量在變化的理論模型。但目前的數據尚且不足以徹底推翻暗能量常量的主流學說。
接下來如何?DESI實際上已經積累了多年的觀測數據,未來將會陸續公布3年和5年的綜合分析成果。如果暗能量真的在變化,這一微小差異必將在今後的精確測量中得到進一步證實。
一旦DESI的後續數據確鑿地證明了暗能量正在動態變化,那將是一項具有裏程碑意義的發現,能從根本上革新我們對宇宙學的認知。不過目前來看,未來分析結果重新證實暗能量是常量的可能性也同樣存在。所以,至少還需要再等待一年,我們才能真正更好地理解這一切的深層含義。
大家覺得暗能量會是恒定不變的常量,還是存在動態變化的可能?
