暗能量可能根本不存在？數學家向宇宙學標準模型發起挑戰

1998年。

兩支互相競爭的天文學團隊，同時得出了一個讓整個物理學界頭皮發麻的結論。

宇宙正在加速膨脹。

注意，不是膨脹。

而是加速膨脹。

這兩個字差別極大。

假如你把一個蘋果扔出去，它會越飛越慢，因為地球引力一直在拉它。

按照最樸素的直覺，宇宙也應該如此。

138億年前的大爆炸把所有物質甩了出去。

那么這些星系應該在引力作用下越來越慢。

就像一群被拋向空中的石頭。

結果天文學家發現，現實完全相反。

這些星系不僅沒有減速。

反而越跑越快。

這就像你把蘋果扔出去以后，蘋果突然自己踩下油門，一邊飛一邊加速。

沒人知道為什么。

于是科學家不得不發明一個全新的東西。

暗能量。

這個名字聽起來像科幻小說。

但過去二十多年里，它卻成了現代宇宙學最重要的組成部分。

根據目前最主流的宇宙學模型：

宇宙中約68%的成分是暗能量；

約27%是暗物質；

我們熟悉的一切，包括恒星、行星、銀河系、人類以及正在看這篇文章的你。

只占5%。

換句話說。

現代宇宙學告訴我們：

我們根本不知道95%的宇宙是什么。

更離譜的是。

這套理論雖然解釋了觀測結果，卻沒人真正見過暗能量。

它既摸不到。

也測不到。

甚至沒人知道它究竟是什么。

物理學家只能說：

“反正一定有個東西在推動宇宙加速膨脹。”

于是暗能量就這樣被寫進了教科書。

直到最近。

美國加州大學戴維斯分校的一群數學家突然站出來說：

也許從一開始，大家就走錯路了。

一支鉛筆揭開的問題

這項研究發表在《皇家學會A輯》。

論文名字很長。

翻譯成人話其實就一句：

你們描述宇宙的數學模型，可能本身就是不穩定的。

論文作者布萊克·坦普爾用了一個很形象的比喻。

他說：

想象一支鉛筆豎著立在桌面上。

從數學角度看。

它確實可以保持平衡。

所以它是方程的一個解。

問題在于。

這個解極其脆弱。

哪怕吹一口氣。

它都會倒下。

因此雖然數學允許這種狀態存在。

但現實世界幾乎不可能長期出現。

而他們認為。

現代宇宙學使用的弗里德曼宇宙模型。

就是這樣一支豎立在筆尖上的鉛筆。

理論上成立。

實際上極不穩定。

什么是弗里德曼宇宙？

絕大多數人都沒聽說過這個名字。

但所有宇宙學教材都繞不開它。

1922年。

蘇聯數學家兼宇宙學家
亞歷山大·弗里德曼

第一次解出了愛因斯坦場方程的一組特殊解。

在這套模型里。

宇宙滿足一個重要假設：

無論你站在哪里。

宇宙看起來都差不多。

既均勻。

又各向同性。

就像一鍋被充分攪勻的粥。

沒有中心。

沒有邊緣。

沒有特殊位置。

后來幾乎所有現代宇宙學模型都建立在這個基礎之上。

包括今天大名鼎鼎的ΛCDM模型。

這里的Λ就是宇宙常數。

也就是暗能量。

CDM則代表冷暗物質。

幾十年來。

它一直是宇宙學的標準答案。

數學家發現了什么？

問題來了。

如果這套模型真的代表宇宙。

那么它應該具有一個基本特征：

穩定。

也就是說。

即使出現微小擾動。

整個宇宙演化也不會立刻跑偏。

然而研究團隊重新分析了控制宇宙演化的愛因斯坦—歐拉方程組后發現：

情況可能恰恰相反。

他們證明。

所有弗里德曼時空在大爆炸附近都存在嚴重的不穩定性。

小尺度不穩定。

大尺度也不穩定。

某種意義上說。

它甚至可能是所有解里面最不穩定的一類。

這意味著什么？

意味著如果宇宙真的從這種狀態出發。

那么極其微小的擾動都會被無限放大。

最終導致宇宙偏離標準模型的預測。

而偏離后的結果恰好會產生一種現象：

加速膨脹。

一個危險的結論

如果他們是對的。

那么過去二十多年最重要的宇宙學發明之一：

暗能量。

可能根本不需要。

因為宇宙加速膨脹并非來自某種神秘能量。

而是愛因斯坦方程自身不穩定性的自然結果。

這有點像什么？

有點像醫生發現病人發燒。

然后發明了一種看不見摸不著的“發燒粒子”解釋體溫升高。

結果幾十年后有人說：

等等。

也許病人根本沒感染什么神秘粒子。

只是體溫計壞了。

當然。

這里必須強調。

這項研究并沒有證明暗能量不存在。

它只是指出：

在數學上，存在一種不需要暗能量也能產生宇宙加速膨脹的可能性。

這是兩回事。

更大的麻煩：哥白尼原理也被卷進來了

事情到這里還沒結束。

論文還順手碰了一下現代宇宙學另一根支柱。

哥白尼原理。

這個原理非常簡單：

地球不特殊。

太陽不特殊。

銀河系不特殊。

人類更不特殊。

宇宙中不存在一個“天選之地”。

這是現代科學最核心的信念之一。

然而研究團隊指出。

如果他們提出的球對稱模型成立。

那么觀測者的位置就會變得重要。

換句話說。

宇宙可能存在某種特殊結構。

這顯然會挑戰哥白尼原理。

不過這里同樣存在巨大爭議。

因為絕大多數宇宙學家仍然認為現有觀測數據更支持標準模型。

物理學史最有趣的地方

其實不是某個理論被證明正確。

而是每隔幾年。

總有人跳出來告訴你：

“教科書可能寫錯了。”

暗物質如此。

暗能量如此。

弦論如此。

量子引力也是如此。

科學從來不是一部不斷接近真理的直線。

更像是一群人拿著手電筒在黑暗里摸索。

今天照到這里。

明天照到那里。

有時候發現新大陸。

有時候撞上墻。

這篇論文最重要的意義，也許不在于它真的推翻了暗能量。

而在于它再次提醒了所有人：

宇宙學最尷尬的事實依舊沒有改變。

占宇宙95%的東西。

我們仍然不知道是什么。

而所謂的標準模型。

也許只是目前最成功的猜測而已。

（參考：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）