北京大學(xué) 徐仁新 編譯自 Matteo Viel.

Physics

本文選自《物理》2026年第1期

近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們一直知道宇宙在膨脹，僅四分之一世紀(jì)前又發(fā)現(xiàn)膨脹正在加速(獲得2011年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。究竟何種神秘力量(稱為“暗能量”)驅(qū)動(dòng)這一加速膨脹？最簡(jiǎn)單的解釋源自愛(ài)因斯坦的“宇宙常數(shù)”(Λ)，即暗能量乃時(shí)空內(nèi)稟屬性；它是標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的基石。數(shù)十年來(lái)，人們用帶宇宙學(xué)常數(shù)的冷暗物質(zhì)模型(即ΛCDM)解釋所有天文觀測(cè)，而新的高精度觀測(cè)正在對(duì)該模型進(jìn)行最嚴(yán)格的檢驗(yàn)�！鞍的芰抗庾V儀(DESI)”項(xiàng)目繪制出了前所未有的大尺度天圖(如下圖所示)，發(fā)現(xiàn)暗能量或許并非恒定不變。這意味著我們對(duì)宇宙的認(rèn)知可能需要重大修正。

DESI前三年數(shù)據(jù)的切片，繪制了迄今最大的宇宙天圖

刻畫(huà)宇宙的膨脹史需要一把確定物理尺寸的“標(biāo)尺”。宇宙幼年時(shí)殘留的漣漪，即重子聲波振蕩(BAO)，可以充當(dāng)這把尺子。大爆炸約38萬(wàn)年后，早期等離子體中的聲波從高密度區(qū)向外傳播，正如石子投入池塘激起漣漪那樣。宇宙膨脹、冷卻到一定時(shí)期，光子與物質(zhì)脫耦，BAO漣漪被有效“凍結(jié)”，在空間上留下的印記就會(huì)體現(xiàn)一個(gè)特征尺度。這一尺度可通過(guò)星系等密度的微小漲落來(lái)測(cè)量。

通過(guò)觀測(cè)宇宙不同歷史時(shí)期標(biāo)尺的大小，人們即可測(cè)算宇宙膨脹率的時(shí)間演化。DESI巡天傳承自此前的SDSS，且規(guī)模更大；它繪制了數(shù)千萬(wàn)天體的三維空間分布。該巡天選用不同類型的天體來(lái)“示蹤”不同時(shí)期的宇宙。針對(duì)近鄰宇宙(紅移

z

z

這項(xiàng)研究整合了所有示蹤天體(從近鄰星系到遙遠(yuǎn)類星體)，繪制出了迄今最全的宇宙天圖。DESI巡天前三年即獲得超過(guò)千萬(wàn)個(gè)星系和類星體的數(shù)據(jù)，并且測(cè)量精度驚人：BAO尺度誤差低于1%，比首次發(fā)布時(shí)提升了30%至50%。

DESI團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠很好地與標(biāo)準(zhǔn)模型ΛCDM吻合，但其最佳擬合參數(shù)與宇宙微波背景輻射觀測(cè)給出的結(jié)果之間存在微小、卻日益明顯的差異。盡管數(shù)年前DESI與CMB的分析結(jié)果在誤差范圍內(nèi)保持一致，但新結(jié)果還是揭示了潛在分歧：兩種方法的不一致性達(dá)到2.3倍標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)然，這一偏離尚未達(dá)到宣稱新發(fā)現(xiàn)的地步，卻極具研究?jī)r(jià)值。

設(shè)想暗能量并非是宇宙學(xué)常數(shù)？這將是戲劇性的。DESI團(tuán)隊(duì)探索了較靈活的模型，讓暗能量“狀態(tài)方程”的關(guān)鍵參數(shù)

w

w

w

我們身處一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)代。雖然DESI的結(jié)果并未明確推翻標(biāo)準(zhǔn)模型，但是它強(qiáng)烈暗示ΛCDM模型可能存在缺陷。DESI的高精度測(cè)量也是革命性的：關(guān)于暗能量的任何新理論都必須與這些宇宙膨脹史測(cè)量數(shù)據(jù)一致。

注意：DESI的研究還在深入開(kāi)展。這里的結(jié)果僅基于五年巡天計(jì)劃中前三年的數(shù)據(jù)，而未來(lái)更龐大的數(shù)據(jù)集有望降低統(tǒng)計(jì)誤差，明確暗能量是否演化。當(dāng)然，DESI跟其他項(xiàng)目的協(xié)同觀測(cè)也同樣重要，如歐幾里得衛(wèi)星、魯賓天文臺(tái)等。

未來(lái)無(wú)外乎三種可能：鞏固標(biāo)準(zhǔn)模型、審視系統(tǒng)誤差、發(fā)現(xiàn)暗能量演化，結(jié)局都將是意義深遠(yuǎn)的。讓我們期待DESI發(fā)布全部五年觀測(cè)的分析結(jié)果！

歡迎訂閱2026年《物理》雜志

期刊介紹

01

《物理》是由中國(guó)科學(xué)院物理研究所和中國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的權(quán)威物理類中文科普期刊，注重學(xué)科性與科普性相結(jié)合，秉承“輕松閱讀，享受物理”的辦刊理念，集學(xué)科大家之力，追蹤物理學(xué)成果，服務(wù)物理學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)學(xué)科交叉，讓科學(xué)變得通俗易懂。已成為我國(guó)眾多物理專業(yè)的大學(xué)生、研究生、物理學(xué)家案頭常讀的刊物之一。

作者：眾多活躍在科研、教學(xué)一線的院士、專家。

讀者：物理學(xué)及其相關(guān)學(xué)科(如化學(xué)、材料學(xué)、生命科學(xué)、信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)等)的研究人員、教師、技術(shù)開(kāi)發(fā)人員、科研管理人員、研究生和大學(xué)生，以及關(guān)注物理學(xué)發(fā)展的讀者。

欄目：特約專稿、評(píng)述、熱點(diǎn)專題、前沿進(jìn)展、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、研究快訊、物理攫英、物理學(xué)史和物理學(xué)家、物理學(xué)漫談、物理教育、人物、科學(xué)基金、物理新聞和動(dòng)態(tài)、書(shū)評(píng)和書(shū)訊等。

期刊訂閱

02

訂閱方式：編輯部直接訂閱優(yōu)惠價(jià)240元/年，全國(guó)包郵。

方式1

- 微信訂閱 -

(此訂閱方式僅針對(duì)需要對(duì)公開(kāi)電子發(fā)票的讀者，且務(wù)必提供正確的單位名稱和單位稅號(hào))

在“物理所財(cái)務(wù)處”微信公眾號(hào)繳費(fèi)，操作如下：公號(hào)下方“業(yè)務(wù)辦理”-“訂刊費(fèi)”-收費(fèi)部門“《物理》編輯部”，之后填寫(xiě)相應(yīng)信息。如有問(wèn)題，可添加編輯微信咨詢：18627635857。

方式2

- 銀行匯款 -

開(kāi)戶行：中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行北京科院南路支行

戶 名：中國(guó)科學(xué)院物理研究所

帳 號(hào)：11250101040005699

（請(qǐng)注明“《物理》編輯部”，匯款成功后請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系編輯部登記郵寄地址）

編輯部聯(lián)系方式：

咨詢電話：010-82649277；82649029

Email：physics@iphy.ac.cn

贈(zèng)閱活動(dòng)

03

為答謝廣大讀者長(zhǎng)期以來(lái)的關(guān)愛(ài)和支持，《物理》編輯部特推出優(yōu)惠訂閱活動(dòng)：凡直接向編輯部連續(xù)訂閱2年《物理》雜志，將獲贈(zèng)《歲月有情- <物理> 50周年紀(jì)念本》。內(nèi)有自1972年至2022年《物理》發(fā)表的50篇精選文章信息，掃描對(duì)應(yīng)的二維碼，可重溫經(jīng)典之作，感悟物理科學(xué)的真諦，領(lǐng)略學(xué)科大家的風(fēng)采。希望讀者們愛(ài)上《物理》!