1998年。
两支互相竞争的天文学团队,同时得出了一个让整个物理学界头皮发麻的结论。
宇宙正在加速膨胀。
注意,不是膨胀。
而是加速膨胀。
这两个字差别极大。
假如你把一个苹果扔出去,它会越飞越慢,因为地球引力一直在拉它。
按照最朴素的直觉,宇宙也应该如此。
138亿年前的大爆炸把所有物质甩了出去。
那么这些星系应该在引力作用下越来越慢。
就像一群被抛向空中的石头。
结果天文学家发现,现实完全相反。
这些星系不仅没有减速。
反而越跑越快。
这就像你把苹果扔出去以后,苹果突然自己踩下油门,一边飞一边加速。
没人知道为什么。
于是科学家不得不发明一个全新的东西。
暗能量。
这个名字听起来像科幻小说。
但过去二十多年里,它却成了现代宇宙学最重要的组成部分。
根据目前最主流的宇宙学模型:
宇宙中约68%的成分是暗能量;
约27%是暗物质;
我们熟悉的一切,包括恒星、行星、银河系、人类以及正在看这篇文章的你。
只占5%。
换句话说。
现代宇宙学告诉我们:
我们根本不知道95%的宇宙是什么。
更离谱的是。
这套理论虽然解释了观测结果,却没人真正见过暗能量。
它既摸不到。
也测不到。
甚至没人知道它究竟是什么。
物理学家只能说:
“反正一定有个东西在推动宇宙加速膨胀。”
于是暗能量就这样被写进了教科书。
直到最近。
美国加州大学戴维斯分校的一群数学家突然站出来说:
也许从一开始,大家就走错路了。
一支铅笔揭开的问题
这项研究发表在《皇家学会A辑》。
论文名字很长。
翻译成人话其实就一句:
你们描述宇宙的数学模型,可能本身就是不稳定的。
论文作者布莱克·坦普尔用了一个很形象的比喻。
他说:
想象一支铅笔竖着立在桌面上。
从数学角度看。
它确实可以保持平衡。
所以它是方程的一个解。
问题在于。
这个解极其脆弱。
哪怕吹一口气。
它都会倒下。
因此虽然数学允许这种状态存在。
但现实世界几乎不可能长期出现。
而他们认为。
现代宇宙学使用的弗里德曼宇宙模型。
就是这样一支竖立在笔尖上的铅笔。
理论上成立。
实际上极不稳定。
什么是弗里德曼宇宙?
绝大多数人都没听说过这个名字。
但所有宇宙学教材都绕不开它。
1922年。
苏联数学家兼宇宙学家
亚历山大·弗里德曼
第一次解出了爱因斯坦场方程的一组特殊解。
在这套模型里。
宇宙满足一个重要假设:
无论你站在哪里。
宇宙看起来都差不多。
既均匀。
又各向同性。
就像一锅被充分搅匀的粥。
没有中心。
没有边缘。
没有特殊位置。
后来几乎所有现代宇宙学模型都建立在这个基础之上。
包括今天大名鼎鼎的ΛCDM模型。
这里的Λ就是宇宙常数。
也就是暗能量。
CDM则代表冷暗物质。
几十年来。
它一直是宇宙学的标准答案。
数学家发现了什么?
问题来了。
如果这套模型真的代表宇宙。
那么它应该具有一个基本特征:
稳定。
也就是说。
即使出现微小扰动。
整个宇宙演化也不会立刻跑偏。
然而研究团队重新分析了控制宇宙演化的爱因斯坦—欧拉方程组后发现:
情况可能恰恰相反。
他们证明。
所有弗里德曼时空在大爆炸附近都存在严重的不稳定性。
小尺度不稳定。
大尺度也不稳定。
某种意义上说。
它甚至可能是所有解里面最不稳定的一类。
这意味着什么?
意味着如果宇宙真的从这种状态出发。
那么极其微小的扰动都会被无限放大。
最终导致宇宙偏离标准模型的预测。
而偏离后的结果恰好会产生一种现象:
加速膨胀。
一个危险的结论
如果他们是对的。
那么过去二十多年最重要的宇宙学发明之一:
暗能量。
可能根本不需要。
因为宇宙加速膨胀并非来自某种神秘能量。
而是爱因斯坦方程自身不稳定性的自然结果。
这有点像什么?
有点像医生发现病人发烧。
然后发明了一种看不见摸不着的“发烧粒子”解释体温升高。
结果几十年后有人说:
等等。
也许病人根本没感染什么神秘粒子。
只是体温计坏了。
当然。
这里必须强调。
这项研究并没有证明暗能量不存在。
它只是指出:
在数学上,存在一种不需要暗能量也能产生宇宙加速膨胀的可能性。
这是两回事。
更大的麻烦:哥白尼原理也被卷进来了
事情到这里还没结束。
论文还顺手碰了一下现代宇宙学另一根支柱。
哥白尼原理。
这个原理非常简单:
地球不特殊。
太阳不特殊。
银河系不特殊。
人类更不特殊。
宇宙中不存在一个“天选之地”。
这是现代科学最核心的信念之一。
然而研究团队指出。
如果他们提出的球对称模型成立。
那么观测者的位置就会变得重要。
换句话说。
宇宙可能存在某种特殊结构。
这显然会挑战哥白尼原理。
不过这里同样存在巨大争议。
因为绝大多数宇宙学家仍然认为现有观测数据更支持标准模型。
物理学史最有趣的地方
其实不是某个理论被证明正确。
而是每隔几年。
总有人跳出来告诉你:
“教科书可能写错了。”
暗物质如此。
暗能量如此。
弦论如此。
量子引力也是如此。
科学从来不是一部不断接近真理的直线。
更像是一群人拿着手电筒在黑暗里摸索。
今天照到这里。
明天照到那里。
有时候发现新大陆。
有时候撞上墙。
这篇论文最重要的意义,也许不在于它真的推翻了暗能量。
而在于它再次提醒了所有人:
宇宙学最尴尬的事实依旧没有改变。
占宇宙95%的东西。
我们仍然不知道是什么。
而所谓的标准模型。
也许只是目前最成功的猜测而已。
(参考:C. Alexander et al, The instability of critical and underdense Friedmann spacetimes at the Big Bang as an alternative to dark energy, Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science (2026). DOI: 10.1098/rspa.2025.0912)
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