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暗能量與暗物質之間,藏著一條“暗關系”

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“你可以想象一種情況,其中一個影響著另一個?!奔永D醽喆髮W歐文分校的粒子物理學家蒂姆·泰特(Tim?Tait)在思考宇宙的兩大謎團時,給出了一個相當有趣的思路。他口中的“一個”和“另一個”,指的就是暗能量與暗物質——這兩樣東西合在一起,占據了宇宙成分的約95%,但我們對它們的了解卻少得可憐。更關鍵的是,泰特認為,如果有一天我們發現它們其實是同一套“暗宇宙統一理論”的不同表現,也并不會讓人感到意外。而最近的一些天文觀測,正讓這種原本不那么大眾的想法,開始獲得越來越多的關注。

先看一眼數字,你就能感受到這種“不了解”有多夸張。目前的估算顯示,驅動宇宙空間加速膨脹的那個未知力量——暗能量,大約占了宇宙總成分的70%。而另一個看不見摸不著的材料——暗物質,它負責用引力把星系“粘”在一起,大約占了25%。它們共同的特點是:不發光、不反光、也不吸收光。語義上說它們“暗”,不如說它們“不可見”來得更準確。到目前為止,還沒有人能夠直接觀測到它們中的任何一個。正因為這種無從捉摸的特性,在過去很長一段時間里,主流看法傾向于把暗能量和暗物質當作兩種獨立存在的實體,彼此沒什么交集。它們的共同點似乎只有“我們找不到它們”這一點。


但近年來的天文觀測結果,讓科學家開始重新打量這個假設。一個叫“暗能量光譜儀”(DESI)的研究團隊,在2024年發現了一些跡象,暗示暗能量的強度——有時也被稱為“宇宙學常數”——可能并沒有像它的名字那樣保持恒定。到了2025年,基于比之前多出一倍以上的數據量,另一項研究也得出了類似的結論:暗能量正在隨時間變化。這一系列觀測結果描繪出了這樣一幅可能的圖景:大概在20億年前,暗能量的強度達到過一個最大值,隨后可能就開始減弱了。但有意思的是,數據同時也暗示,在更早的時期,暗能量可能經歷過一個變強的階段。如果這是真的,那它看起來就像是在某個時期違反了能量守恒定律。

研究人員用了一個形象的詞來描述這種狀態,叫“幽靈區”(the?phantom?regime)。你可以把它想象成一個球正在往坡上滾。這當然有可能發生,但前提是除了重力之外,還有別的什么東西在推這個球。放到暗能量的語境里,那個“別的什么東西”到底是什么呢?一個不斷壯大的理論家群體,正把目光投向暗物質。也就是說,暗能量這種反常的強弱變化,背后的推手可能是它與暗物質之間的相互作用。

說到這里,你可能會覺得這是一拍腦袋想出來的全新腦洞。其實倒也不是。賓夕法尼亞大學的物理學家賈斯汀·庫里(Justin?Khoury)早在2005年就探討過這種可能性。他解釋說,在那項研究中,他和兩位合作者提出了一個假想性的問題:能不能存在一種暗能量,其能量密度會隨著時間推移而增加?他們發現,如果允許暗能量和暗物質相互影響,那確實可以產生一種看起來像是“幽靈行為”、但實際上又不是的現象。庫里這樣評價這個思路:“這是實現這一目標最自然、最簡單的方法?!辈贿^當時這還只是一個理論上的推演,缺少觀測上的直接理由。

誰也沒想到,差不多二十年后,DESI的觀測結果送來了那個理由。暗能量真的可能在變。這個發現促使庫里和賓夕法尼亞大學的另外兩位同事——Meng?Xiang?Lin和Mark?Trodden——著手構建一個新的理論模型。他們的工作,正是在試圖回答那個由觀測重新點燃的問題:如果暗能量和暗物質真的在背后“對話”,那么這種對話的機制是什么樣的,它又如何塑造了我們今天看到的宇宙?

這件事本身沒那么神奇,真正神奇的是,兩個一度被認為老死不相往來的宇宙“大股東”,可能恰好通過一條隱藏的線索連在了一起??茖W家正在小心翼翼地沿著這條線索往前走,試圖分辨這到底是一個巧合,還是指向一個更深層理論的入口。當然,目前這一切還處在“初步證據顯示”和“研究人員推測”的階段。暗能量是否真的在與暗物質互動,它又是如何進入那個詭異的“幽靈區”的,科學界還沒有定論。我們知道的只是,宇宙這本大書,有兩頁原本被遠遠隔開,現在它們之間出現了一道細微的折痕,也許,這兩頁本來就連在一起。

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