文 | 《中國科學報》 記者 甘曉

　　愛因斯坦也會犯錯嗎？4月9日，中國科學院國家天文臺在北京發佈的一項重要成果表明，愛因斯坦關於暗能量的想法可能錯了。

　　國家天文臺團隊發現暗能量動力學屬性檢驗重大成果示意圖。（國家天文臺供圖，背景圖片來源：DESI官網）

　　由國家天文臺研究員趙公博領銜的國際科研團隊基於“暗能量光譜巡天（DESI）”項目的相關數據，證實暗能量並不像愛因斯坦假設的“宇宙學常數”一成不變，而是很可能存在動力學屬性。

　　該成果爲探索宇宙加速膨脹背後的物理機制提供了全新視角與關鍵證據，同時意味着可能存在宇宙學標準模型以外的新物理。4月8日，相關研究成果在arXiv預印本網站公佈。

　　“我一生中最大的錯誤”

　　目前研究發現，我們身處的宇宙正在加速膨脹。理論上，這可能由約佔宇宙總能量密度70%並具有負壓強的暗能量引起。

　　暗能量的本質究竟是什麼？這個問題困擾了科學界20多年，至今依然沒有確切答案。

　　發佈會上，趙公博從廣義相對論說起，介紹了暗能量的來龍去脈。20世紀初，愛因斯坦在將廣義相對論方程應用於整個宇宙時，意外發現一個令人震驚的結論——宇宙無法保持靜止狀態，它要麼在膨脹，要麼在收縮。這一結果與愛因斯坦認爲的“宇宙是靜態、永恆不變的”觀點大相徑庭，也讓他一度感到困惑。

　　於是，1917年，愛因斯坦在廣義相對論中強行引入宇宙學常數（Λ），試圖通過產生斥力來對抗引力，使宇宙保持靜止。然而，1929年，宇宙膨脹的發現顛覆了所有人的認知。“引入宇宙學常數是我一生中最大的錯誤。”愛因斯坦親手劃掉了方程中的“Λ”。

　　再一次反轉發生在1998年，宇宙加速膨脹被發現。這意味着，確實存在某種未知的斥力在對抗引力，作爲驅動宇宙加速膨脹的“幕後推手”。科學家重新審視愛因斯坦的方程，將其中的“Λ”項再次寫入，並賦予它特定數值，完美解釋了觀測結果。

　　回顧這段歷史，科研人員認爲，正是愛因斯坦的“錯誤”賦予了宇宙學常數新的生命。這個曾一度被遺棄的“錯誤”，如今竟成爲解釋宇宙約70%未知成分的關鍵。

　　幾乎“確認”

　　科學家“撿回”愛因斯坦方程中“Λ”之後的20多年裏，標準宇宙學模型（ΛCDM）成功解釋了大量宇宙學觀測數據，被廣泛認爲是當前最簡且有效的理論框架。

　　趙公博介紹：“暗能量的物理性質體現在其‘狀態方程’中，在ΛCDM中，暗能量通常被視爲一種不隨時間演化的真空能量，其狀態方程恆定爲-1。”

　　然而，隨着宇宙學觀測技術的發展與數據精度的不斷提高，人們逐漸發現，在ΛCDM模型下，不同類型的觀測數據之間出現了一定程度的不自洽。這對ΛCDM模型提出了新的挑戰。

　　在這項由趙公博領銜的最新研究中，研究團隊自主開發了一套新的暗能量重構分析方法。藉助這一工具，他們對DESI最新獲取的宇宙膨脹速率進行了測量，並結合超新星和宇宙微波背景輻射的觀測結果，爲探索暗能量的本質提供了重要數據支持。

　　他們的新發現是，暗能量的狀態方程隨着宇宙演化而發生變化。數據分析顯示，這一結論的置信度達到4.3希格瑪（σ）。在粒子物理學中，判斷一項發現是否“確鑿”的黃金標準是達到5σ，這意味着結果出錯的概率僅爲0.0001%，幾乎可以肯定其真實有效。

　　也就是說，最新的研究結果幾乎“確認”了愛因斯坦對宇宙學常數“Λ”的初步設想存在偏差——它並非恆定不變，而是隨着時間發生演化。

　　“這項研究證實了此前DESI國際合作組使用不同分析方法得到的結論，即‘暗能量很可能存在動力學屬性’。”趙公博強調，這對傳統的宇宙學常數模型構成了挑戰，意味着具有更復雜的演化行爲。

　　“暗能量研究進入了一個新階段，在暗能量的觀測和理論解釋等方面還大有可爲。”發佈會上，中國科學院院士、中國科學技術大學校長常進高度評價了這項成果。

　　大科學裝置+國際合作

　　趙公博表示，下一步，他們課題組將持續利用DESI後續觀測數據進行更精細的分析，並與國際同行攜手，力求通過高精度的測量和更完備的理論模型，對暗能量的動力學屬性進行更全面、更嚴格的檢驗。

　　暗能量領域專家、中國科學院高能物理研究所研究員張新民表示：“隨着數據的積累，我們有理由相信置信度數值將來一定會增加，最終達到5σ。”

　　在專家們看來，天文大科學裝置與國際合作對本次成果的取得至關重要。

　　DESI項目是當今全球最重要的暗能量觀測計劃之一，聯合了全球70餘家科研機構組成了國際合作團隊。DESI依託4米口徑的光學望遠鏡，通過對數千萬個天體的紅移進行高精度測量，精細繪製宇宙大尺度結構的三維圖譜，旨在深入揭示暗能量的物理屬性。

　　趙公博團隊與國家天文臺研究員鄒虎團隊參與DESI項目已有10餘年時間。趙公博團隊牽頭合作組利用自主開發的分析方法開展暗能量性質的系統性研究。鄒虎團隊則積極參與DESI項目的科學運行，爲DESI數據釋放貢獻了重要的增值星表，推動了科學新發現的進展。

　　如今，全球各國都在積極佈局大型天文觀測設備。其中，國際上有口徑4米的多目標光譜儀望遠鏡（4MOST）、口徑6.5米的MegaMapper望遠鏡以及10米級的莫納克亞光譜巡天望遠鏡（MSE）等。我國則有口徑2米的中國空間站望遠鏡（CSST）、口徑6.5米的寬視場巡天望遠鏡（MUST）以及計劃中的郭守敬望遠鏡（LAMOST）二期巡天和10米級的極大光譜巡天望遠鏡（ESST）等。

　　“希望大家支持天文界發展大裝置！”對此，常進呼籲，“當然，有了大裝置，如何通過這個先進的工具取得世界級成果，也是天文學家值得考慮的問題。”

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責任編輯：郝欣煜