有人说暗能量不存在？这可不一定

原作：Chelsea Gohd

翻译：饶文冲

校对：马玥 牧夫天文校对组

编排：黄卓尔

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.space.com/dark-energy-not-debunked.html

Abell 1689星系团以其引力透镜现象（光线经过大质量天体附近时发生弯曲的宇宙现象）而闻名。对星团的研究揭示了暗能量如何塑造宇宙的秘密。

Image: © NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) and J-P. Kneib (LAM)

一项新的研究表明，暗能量可能根本不存在。但其他科学家发现了这一大胆说法的主要缺陷。

暗能量是一种神秘的假想形式的能量，能够解释宇宙的加速膨胀。如何证实暗能量的存在，并判断它对宇宙的影响呢？科学家们提出了一种方法：测量Ia型超新星的红移。

红移指的是来自远离我们的物体的光的光谱会向红色方向移动的现象。换句话说，通过测量这些超新星在远离我们时发出的光是如何变化的，科学家们可以计算出它们离我们有多远，因此，宇宙是如何随着时间的推移“向外推挤”或膨胀的。这一证明基于这样一种假设，即超新星的光度，或者说亮度，不随红移而演化，也不随宇宙时间推移而变化。

如果像科学家们预估的那样，暗能量确实存在，那么宇宙将越来越快地持续扩张。但是，如果暗能量被证实是子虚乌有的，那么宇宙的膨胀最终会放缓，甚至可能会开始收缩。

一个大胆的主张 

在一项新的研究中（该研究已被《天体物理学杂志》接收并提前发布于arXiv上），韩国首尔延世大学的研究人员，以及来自里昂大学和韩国空间科学研究院的合作者声称，他们发现了暗能量可能根本不存在的证据。他们研究了一个包括大约30个Ia型超新星的星系样本，并宣布已经推翻了超新星光度演化的假设。

“卡尔·萨根说过，不同寻常的主张需要不同寻常的证据。我们的研究结果表明，源自超新星宇宙学的暗能量或许仅仅是一个经不起推敲的假设，尽管它获得了2011年的诺贝尔物理学奖。”研究主导人，延世大学教授Young-Wook
Lee如此声明。Lee和共同作者Yijung
Kang在一封电子邮件中说：“从表面上看，我们的研究结果表明，暗能量存在的证据几乎消失了。这将由未来的观察结果证实。”

为了得出这样一个大胆的结论，研究人员观察了存在超新星的邻近星系中恒星的光谱——物质与这些超新星相互作用或发出电磁辐射时产生的光的颜色带。研究这些星系发出的光帮助他们确定了这些星系中恒星的年龄。

研究小组发现，这些超新星的亮度与这些星系中恒星的年龄之间存在显著的相关性。他们发现，年轻星系中的超新星比较老星系中的超新星暗一些，这将推翻超新星光度不随宇宙时间演化的假设。由于这一假设是暗能量存在的主要论据之一，他们得出结论：暗能量可能根本不存在。

有缺陷的研究 

从表面上看，如果这些研究人员的工作是正确的，那么这项研究很可能会极大地破坏我们对暗能量的认知。然而，巴尔的摩约翰·霍普金斯大学(Johns
Hopkins University)物理学和天文学教授Adam
Riess表示，如果再仔细观察一下这项研究，就会发现，这项研究很可能不会对暗能量的存在提出质疑。

“我认为它是有缺陷的。”Riess这样评价Lee的研究。他补充说，Lee的研究小组的发现“与在更大样本的超新星中观察到的结果不一致”。

Riess指出了一些与研究人员公布的数据不一致的地方。例如，有一幅图（如下）用y轴表示星系的亮度，用x轴表示恒星的年龄。绿线（由Riess添加）显示了我们宇宙的开始。那么这个图描绘了比我们的宇宙更古老的星系。

“有些模型高估了较老星系的年龄，”Lee和Kang说。

这幅图来自Lee的研究，Riess在上面添加了一些标记。这些标记指出了Lee研究中的一些潜在缺陷。

(Image credit: Lee et. al, with additional analysis from Adam Riess.)

此外,该研究采用一个小的样本，你可以看到在同一个图上的点（上图中的实心点）；空心点是未包含在整体结论中的星系。所以，就像Riess指出的那样，这项研究有一些奇怪的地方。

Riess随即阐述了其他相关研究，在他看来，那些研究样本容量更大、研究更深入，与Lee和Kang的研究形成鲜明对比。Riess提到了由天体物理学家Benjamin

Rose主持的研究“放眼全球，立足本地：环境年龄和宿主质量对Ia型超新星光变曲线的影响”。在下图中，Riess添加了一个红色的圆圈，Lee和Kang的图中的一个点将会落在这个圆圈里，很明显，在Rose的研究中，这个点将不存在。

上图源于Benjamin Rose领导的一项研究，Lee的研究中存在的一个数据点（用红色圆圈表示），在其他样本容量更大的研究(如Rose的研究)中并不存在。

Image credit: Rose et. al with additional analysis from Adam Riess.

像这样的研究可能会让人感到困惑，但重要的是，正如Lee指出的，不同寻常的主张需要不同寻常的证据。

Lee的团队承认，他们的结论需要进一步的观察来证明，但正如Riess所描述的，他们的结论似乎有一些缺陷。

其他解释 

除了这个结论本身可能存在的错误之外，还有一个事实：超新星的光度和变化的距离并不是暗能量存在的唯一证据。

尽管Lee的团队断言这些超新星的红移是暗能量存在的最有力证据（而且这一证据是有缺陷的），但它并不是唯一的证据。另外两个主要的证据来源是宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）。

根据科学家的观点，一个没有暗能量的宇宙会具备很多结构，这会改变CMB光子的作用方式。然而，目前对CMB的观测结果，与对“存在暗能量的宇宙”中CMB的预测是一致的。科学家对BAO的观察也符合宇宙中存在暗能量这一假设。

『天文时刻』 牧夫出品

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图片来源：ESA/DLR/FU Berlin