古往今来,每个文化都有关于时间终结的流传故事。北欧神话中,诸神与冰霜巨人在雷納阿罗克一役将举行最后的决战;基督教启示录也预言世界的终结会在哈米吉多顿爆发。就连现代科学也有自己的宇宙终局理论 —— 一种被称为暗能量的神秘引力场,将使银河系彼此遥遥相离,直至看不见彼此。尽管这个想法在科学界广受认可,但近期一些媒体报道称,科学家们可能要重新考虑他们的预测了。
然而,这些传言还为时尚早。一个名为"暗能量光谱仪"(DESI)的天文学家团队最近发布了一项关于暗能量和其随时间变化的高精度测量成果。
宇宙在膨胀
近一个世纪以来,天文学家们早已知晓宇宙正在不断膨胀。几十年来,人们一度以为宇宙中的星系引力正在减缓这种扩张。直到1998年,两个天文学家小组的发现打破了这一认知 —— 宇宙的膨胀速度并没有放缓,反而在加快!在接下来的25年里,大量观测数据证实了这一发现,天文学家们从中总结出一个解释。
他们认为,宇宙中充满了一种具有常量密度的能量场,被称为暗能量或宇宙学常数。在DESI公布最新观测结果之前,所有之前的测量都与暗能量是常量这一理论相符。不过,暗能量是否真的恒定也并非确定无疑,一些理论预测它会随时间而变化,这种可变形式被称为"黑奇异物质"。
如果暗能量真的在变小,普通万有引力减缓宇宙膨胀的效应可能会重新占上风,导致一个被称为"大重爆"的情景:整个宇宙开始逐渐坍缩、最终彻底崩溃。相反,如果暗能量变大,其排斥效应可能会撕裂银河系、恒星系,严重情况下甚至能分离原子。如果暗能量大得离谱,宇宙的遥远未来可能只剩下分散的亚原子粒子,形态将与当下完全不同。
为了判断暗能量是否真的在变化,天文学家们需要测量宇宙膨胀的历史变迁轨迹。DESI项目便是利用位于亚利桑那州的4米马亚尔望远镜,观测遥远星系并测定它们相对于地球的运动速度。由于光速的极限,这些观测数据最远可追溯到110亿年前的星系。通过比较不同距离星系的运动速度变化,就能推算出暗能量的变迁过程。
DESI计划进行为期5年的观测,从2019年开始运行。经过多年精心分析,该团队终于公布了第一年的观测成果,主要包括:
绘制出了过去110亿年间宇宙结构的最大最精确的图谱;
精确度达1%以内地测量了80-110亿年前宇宙的膨胀历史;
精度超过了所有以前观测数据的总和。
DESI的新闻发布会和论文均声称,他们的数据与暗能量是常量的主流理论相符。然而,当将DESI数据与其他早期观测综合比对时,一种暗能量正在逐渐变小的理论模型反而与总体数据更加吻合。
常量与动态暗能量之争
那么,两种理论孰是孰非?这里的关键在于统计学。在探索性科学领域,理论预测与实际测量结果往往并不完全一致,因为测量过程会由于仪器误差等原因产生固有的不确定性,同时理论本身也可能存在一定近似。
比如说,如果某个量的理论预测值是1,而测量值是2±0.9,那尽管预测值与测量值范围(1.1-2.9)有所出入,但这种差异尚且不足以断言二者存在根本分歧。但如果测量值变成6±0.9(范围5.1-6.9),与预测值之间的差距就大到无法忽视了。
在DESI最新发布的测量结果中,理论预测与仅基于第一年观测数据得出的实测结果虽然存在一些微小差异,且这一差异更支持暗能量在变化的理论模型。但目前的数据尚且不足以彻底推翻暗能量常量的主流学说。
接下来如何?DESI实际上已经积累了多年的观测数据,未来将会陆续公布3年和5年的综合分析成果。如果暗能量真的在变化,这一微小差异必将在今后的精确测量中得到进一步证实。
一旦DESI的后续数据确凿地证明了暗能量正在动态变化,那将是一项具有里程碑意义的发现,能从根本上革新我们对宇宙学的认知。不过目前来看,未来分析结果重新证实暗能量是常量的可能性也同样存在。所以,至少还需要再等待一年,我们才能真正更好地理解这一切的深层含义。
大家觉得暗能量会是恒定不变的常量,还是存在动态变化的可能?
