当韦伯望远镜的第一张深场照片传回地球时,全世界的天体物理学家不是欢呼,而是集体沉默了,那种沉默,是认知开裂的声音,照片里密密麻麻排列着一大堆星系,有些拥有清晰的旋臂,有些已经形成了巨大的核球,甚至比今天的银河系还要成熟。
其中一个代号叫JADES-GS-z14-0的星系,红移值高达14.32,这意味着它发出的光,在宇宙诞生仅2.9亿年时就启程了,花了134亿年才飞到韦伯的镜面上,2.9亿年,听起来很长对吧。但你要知道,宇宙的年龄被公认为138亿年。2.9亿年,只占整个宇宙历史的2%多一点。
打个比方:如果宇宙138亿年是一个人活到80岁,那么2.9亿年只相当于他1岁半的时候,你见过1岁半的婴儿长着胡子、西装革履去上班吗?
但韦伯偏偏就拍到了这样的“婴儿”。
这个z14-0星系,直径约1600光年,恒星总质量相当于数亿个太阳,而且它正在以惊人的速度孕育新恒星,每年产生的新恒星质量是银河系的几十倍。
要知道,第一代恒星完全由氢和氦组成,它们必须经过诞生、燃烧、超新星爆发,才能把碳、氧、铁这些重元素撒向宇宙,然后这些重元素再凝聚成第二代、第三代恒星,最后才能形成行星和复杂结构,这个过程,按物理学家的模拟,至少需要5到10亿年。
但韦伯看到的是,仅仅2.9亿年,所有步骤已经走完了。
如果说只有一个异常星系,科学家还能用“特殊环境”来解释。但韦伯的发现不是孤例,GLASS-z12,红移12.5,宇宙年龄约3.5亿年,同样拥有成熟结构,JADES-GS-z11-0,红移11.5,同样颠覆预期,还有CEERS-93316,红移高达16.7,如果被确认,它的年龄将更早。
迄今为止,韦伯已经在宇宙“婴儿期”发现了至少十几个这类异常成熟的星系。它们的数量超出了标准模型预测值的10倍以上,换句话说,理论预测那里应该只有1个,实际却拍到了10多个,这不是“微小偏差”,这是系统性错误。
这种集体性的矛盾,让天文学家们不得不面对一个严峻的问题,要么我们对星系演化的理解全盘错了,要么我们对宇宙年龄的计算存在重大漏洞。
你可能好奇,现在的这个138亿年这个数字怎么来的?
第一种办法是通过宇宙微波背景辐射,那是大爆炸留下的“余晖”,是充满全宇宙的微波光子,欧洲普朗克卫星以极高精度绘制了这张“婴儿宇宙”的照片,通过分析其中温度和密度涨落的波动模式,就能反推宇宙膨胀历史,从而得到宇宙年龄约138亿年。
第二种方法是通过哈勃常数,即宇宙膨胀速率,天文学家观测远处的Ia型超新星,测量它们的红移和距离,计算出当前宇宙膨胀速度,再根据引力减速效应倒推时间,也能得到约138亿年,两种方法相互独立,结果却高度吻合。这就是为什么几十年来,138亿年被奉为铁律。
但问题是这两种方法得出的哈勃常数值并不一致,两个数字差了将近9%,这在严谨的天文学领域,相当于两个人用不同尺子量同一张桌子,一个说1米,一个说1.09米。你说这桌子到底多长?
这个矛盾,被称为“哈勃常数危机”,之前还能用观测误差搪塞过去,但韦伯用超高精度验证了第二种方法无误,矛盾彻底公开化,一边是138亿年的宇宙,一边是观测数据不匹配,如果宇宙实际年龄不是138亿年,而是更长,那么膨胀速度、哈勃常数、星系演化时间,全部要重新洗牌。
2023年,加拿大渥太华大学的理论物理学家拉金德拉·古普塔,发表了一篇引爆学界的论文,他提出了一个极为颠覆性的模型,宇宙的年龄不是138亿年,而是267亿年。
为什么是267亿年?
因为他引入了一个前提:物理学常数不是永恒不变的,我们的教科书一直告诉学生,引力常数G、光速c、精细结构常数等等,都是宇宙的基本常数,亘古不变。但古普塔说,如果这些常数随着宇宙演化而缓慢变化呢?
他的模型预测:早期宇宙的引力比现在强得多,光速也可能不同,这样一来,光的传播方式会改变,导致我们对红移和距离的解读出现系统性误差,更炸裂的是,他的理论直接否定了暗物质和暗能量的存在。
暗物质和暗能量被公认占据宇宙质能总量的95%,是主流宇宙学的两大支柱。没有它们,你连星系旋转曲线和宇宙加速膨胀都无法解释。
但古普塔说:根本不需要。只要让引力常数随时间衰减,星系外围的恒星旋转速度自然会呈现出观测到的形态,根本不需要“暗物质”来补充引力。同样,宇宙加速膨胀也可以用光速和引力常数的变化来解释,不需要“暗能量”这个神秘推手。
这个理论太激进了,以至于大部分同行都摇头。
但奇妙的是,它恰好完美解释了韦伯望远镜看到的一切:
如果宇宙年龄真的长达267亿年,那么那些早期星系就有将近是原来两倍的时间去演化。2.9亿年变成约5亿多年,5亿年虽然还是很短,但至少给了星系形成更宽松的时间窗口,尤其如果早期引力更强,物质聚集更快,演化效率更高。
虽然目前韦伯望远镜并没有“推翻”138亿年,但它已经撕开了一道口子,让所有人看到了现有理论的脆弱,要知道科学史上每一次重大突破,都始于一个“不该存在”的观测结果,当年天王星轨道异常,不是牛顿力学错了,而是发现了海王星。水星近日点进动异常,不是测量误差,而是催生了广义相对论。
今天韦伯看到的那些“早熟星系”,可能正是下一代宇宙学理论的起点。
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