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如果让全球最顶尖的物理学家举手表决,宇宙是什么、暗物质是什么、引力最终如何统一量子力学,结果会怎样?

答案是:没有答案。或者更准确地说,几乎没有任何一个问题能获得多数物理学家的共同认可。

这是有史以来规模最大的全球物理学家调查得出的核心结论。这项由滑铁卢大学和加拿大圆周理论物理研究所联合发起、与美国物理学会《物理杂志》合作完成的"大谜题调查",覆盖了来自全球各地的数千名物理学家,问题涵盖宇宙学、量子引力暗物质、暗能量等基础物理最核心的议题。

调查的结论,比任何一个具体答案都更耐人寻味:在物理学最深层的问题上,科学共同体本身也没有共识。

连"标准模型"也失去了多数支持

最大的意外,出现在宇宙学的标准模型上。

ΛCDM,即Λ冷暗物质模型,是过去几十年宇宙学的主流框架。它描述了一个由普通物质、冷暗物质和宇宙学常数Λ(即暗能量)构成的宇宙,能够解释宇宙微波背景辐射的精细结构、大尺度结构的形成,以及宇宙的加速膨胀。几乎所有宇宙学教材都从它出发。

然而在这次调查中,它未能获得多数物理学家的支持。

这一结果的背景,很可能与2024年暗能量光谱仪(DESI)公布的观测数据有关。DESI的数据显示,暗能量的强度可能随时间变化,而非像标准模型假设的那样保持恒定。这个细节,对ΛCDM模型的核心假设构成了直接挑战。

如果暗能量会演化,那Λ就不是一个常数,整个模型的基础就需要重新审视。物理学家们对此已有察觉,而这次调查把这种不确定感,用数字的方式明白地呈现了出来。

分歧,几乎无处不在

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“大谜题调查”中的第一个问题。图片来源:《物理杂志》

宇宙学标准模型的困境只是开头。调查在几乎每一个核心问题上,都揭示出类似的景象。

关于暗物质,目前学界提出的解释方案大致分为三类:尚未发现的轻质新粒子(如轴子)、对现有引力理论的修正(如MOND理论),以及某种更复杂的组合方案。调查结果显示,没有任何一种方案获得多数支持,支持率最高的是"某种组合",也只有21%。

关于量子引力,也就是如何将爱因斯坦的广义相对论与量子力学统一起来,这是当代理论物理最核心的未解难题之一。弦理论长期以来是最受关注的候选方案,在调查中支持率为19%。圈量子引力以12%紧随其后。还有18%的物理学家选择了一个更根本性的立场:引力也许根本就无法被量子化。

值得注意的是,调查也有两个问题形成了相对明确的共识。

68%的物理学家认为,宇宙大爆炸并不标志着时间的起点,它描述的是宇宙从极高温高密度状态演化的过程,时间在大爆炸之前是否存在,仍然是开放问题。另外,有51%的物理学家认同早期宇宙经历过"暴胀",也就是一段极短时间内的超高速膨胀,但这个共识相当微弱,几乎刚过半数而已。

除此之外,分歧几乎无处不在。

没有共识,是好事还是坏事

圆周理论物理研究所副研究员、调查主要发起人尼亚耶什·阿夫肖尔迪,在发布调查结果时用了一个关键词:活力。

"基础物理学中很少有标准答案能获得压倒性支持,但物理学家们并不是困惑的,而是这个领域确实充满活力,"他说。

这种表述,是在提醒我们区分两种不同的"没有答案"。一种是问题太难、研究停滞、没有进展,那是真正的危机。另一种是问题足够深,现有的每一种答案都还不够完善,竞争仍在进行,新数据不断涌入,这是科学健康推进的正常状态。

调查覆盖的问题,恰恰属于第二种。暗物质、暗能量、量子引力,这些都是目前理论和实验都在全力攻关的方向。DESI的暗能量数据、下一代引力波探测器的筹建、粒子对撞机的升级计划,都在为这些问题积累新的约束条件。

阿夫肖尔迪引用了加拿大词曲作者莱昂纳德·科恩的一句话来作结:"万物皆有裂痕,那是光照进来的地方。"

在基础物理里,共识的缺失,往往正是下一次大突破尚未到来的信号,而不是科学已经失败的证明。

这份调查本身,或许比它所记录的任何具体分歧都更有价值,它给出了一张当代物理学真实认知边界的精确地图,清楚标注了哪里是已知,哪里是模糊,哪里是真正的未知。

而那些模糊和未知的地方,正是接下来几十年物理学家们要争夺的战场。