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翻译：葛文迪
校对：牧夫校对组
编排：胡暖暖
后台：朱宸宇
https://phys.org/news/2026-03-framework-dark-energy-evolving-linked.html
中国的一个宇宙学家团队提出了一种数学框架，可以同时研究宇宙学中两个最深的谜团。中国科学院的陈云及其同事在《天体物理学杂志》上发表的研究表明，他们的工作可能为当前ΛCDM模型的重要修正铺平道路，同时解决期待已久的哈勃疑难问题。
限制暗物质相互作用。图片来源：张卓明等。
ΛCDM模型的两大挑战
直到最近，我们对宇宙学的理解一直由ΛCDM模型支撑，这是一个主要基于三个关键组成部分的数学框架。第一个是宇宙学常数：一个与暗能量相关的固定值，被认为驱动着宇宙的加速膨胀。第二个是冷暗物质，被认为约占宇宙中所有物质的85%，尽管从未被直接观测到。第三个是普通物质，我们可以通过天文观测来探测。
尽管该模型的预测在数十年的检验中保持稳定，但这一图景最近面临越来越大的压力。暗能量光谱仪（DESI）的观测分析似乎动摇了ΛCDM关于暗能量本质的核心预测。
"这些发现从根本上挑战了ΛCDM框架的基本信条，让我们必须对替代暗能量假说进行全面、系统的探索，"陈云说。
与这一新出现的挑战并存的是一个更深层次的、与哈勃定律相关的问题——即星系与银河系的距离与其远离我们的速度之间的清晰线性关系。这种关系已经通过数十年的天文观测进行了广泛测量。
"这一标准宇宙学模型的持续挑战被称为'哈勃疑难'，指的是对当今膨胀率测量之间公认的不一致，"陈云解释道。"例如，基于宇宙微波背景（CMB）的估计与距离阶梯测量之间存在显著差异。"
即使这些观测方法不断改进，它们之间的差异仍然顽固地持续存在。
结合宇宙学探测手段
在他们的研究中，陈云与合作者徐腾鹏以及在读博士生张卓明提出，这两个令人困惑的挑战可能相互关联。
为了确定它们是否能在ΛCDM之外的宇宙学模型中得到解决，或者它们是否指向对基础物理学的全新理解，研究人员认为必须在一个统一的框架内对它们进行研究。
为构建这一框架，研究团队考虑了不同的宇宙膨胀探测手段对宇宙历史不同时期的敏感性。例如，虽然宇宙微波背景（CMB）测量非常适合探测高红移宇宙，但包括Ia型超新星和重子声学振荡在内的探测手段更适合研究较晚期的邻近星系。
他们没有将所有这些数据合并在一起，而是让每种探测手段独立地对各自最适合的时期进行预测。
"这种方法有两个关键目的。首先，它使我们能够打破模型参数之间的简并性，否则这些参数难以区分，"陈云说。"其次，也是最重要的，它使我们能够识别哪些特定的宇宙学模型受到来自不同宇宙时期数据的青睐。"
总之，这种多探测手段策略使团队能够揭示暗能量的独特特征，展示其行为在宇宙历史进程中可能发生的变化。
尚无明确优胜者
为验证他们的框架，陈的团队比较了五种不同暗能量模型的预测，包括标准ΛCDM模型。他们的分析揭示了四个关键结果。首先，哈勃疑难在所有五个模型中仍然是一个持续的挑战，这表明问题的根源可能在于我们对基础物理学的核心理解——或者是尚未解决的系统误差。
"其次，我们的分析显示，无论使用何种数据集组合，没有任何替代模型相对于标准ΛCDM模型具有显著的统计优势，"陈云解释道。"这凸显了当前的观测数据虽然精度很高，但尚不足以明确区分这些相互竞争的暗能量理论描述。"
第三，该框架发现了令人信服的证据，表明暗能量的性质自早期宇宙以来已经演化。最后，研究团队识别出暗物质与暗能量之间存在相互作用的可能性：这一结果将挑战当前对基础物理学的理解。
探寻新答案
综合这些结论，它们对当前形式的ΛCDM模型提出了明确的挑战。同时，它们指出了两条清晰的前进路径：一个检验暗能量的新框架，以及对暗物质与暗能量之间相互作用的针对性探索。
然而，在宇宙学家能够充分推进这些方向之前，他们需要新一代的多探测手段巡天观测、更复杂的理论框架，以及解决不确定性的严谨方法。
"只有通过这些综合努力，我们才有希望最终解释驱动宇宙加速膨胀的机制，并解决天文学领域当前面临的关键分歧，"陈云说。如果这些条件得到满足，此类努力将使新老宇宙学谜题的满意解答更接近现实。
责任编辑：郭皓存
牧夫新媒体编辑部
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微信公众号：astronomycn
火星上的“心”形图案，这些图片由NASA火星全球探勘者号（Mars Global Surveyor，简称MGS）拍摄。
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