宇宙并没有按套路出牌？物理学头顶的这朵“乌云”，可能要散了

在这个世界上，最尴尬的事情莫过于：你和你的学霸同桌做同一道数学题，用了两种不同的方法，都觉得自己是对的，结果算出来的答案不一样。现在的天文学家，就正处于这种极度抓狂的状态中。这道题叫做：“宇宙到底膨胀得有多快？”

为了解开这个谜题，科学家们互不相让地吵了十几年，这就是著名的“哈勃常数危机”。不过，根据最近的一系列重磅研究（特别是 DESI 和 JWST 的助攻），这场架可能快要打完了。今天我们就来聊聊，宇宙究竟是在加速狂奔，还是在跟我们玩心理战。

哈勃常数是什么

在聊那个让天文学家抓狂的危机之前，我们得先解决一个技术问题：人类连火星都没亲自去过，凭什么敢断定几十亿光年外的星系正在以每秒几千公里的速度逃离我们？

要在茫茫太空中测速，天文学家其实是在玩一种叫做“红移”的游戏。这个听起来高深莫测的名词，原理其实和你在路边听到的救护车警报一模一样。当一辆救护车拉着警报向你冲来时，声波被压缩，声音尖锐刺耳；而当它呼啸而过离你远去，声波被拉长，声音瞬间变得低沉。这就是多普勒效应。光，本质上也是一种波。当一个星系飞速远离我们的时候，它发出的光波就在空间中被生生拉长了。

在光谱上，波长变长意味着向红色端移动。于是，与地球上同样原子发出来的光相比，来自星星的原子发出的光被整体拽向了红色那一端，这就是红移。红移量越大，代表光波被拉得越狠，也就说明那个星系跑得越快。早在 1929 年，哈勃老爷子（Edwin Hubble）正是盯着这些红移，发现了一个很大的问题：绝大多数星系都在离我们而去，而且离我们越远的星系，逃跑的速度越快。

这说明并不是星系自己在飞，而是宇宙空间本身像个正在充气的气球，所有的斑点都在互相远离。为了量化这种疯狂的膨胀，科学家定义了哈勃常数（H₀）。这个数字不仅仅是宇宙的行驶速度，它还藏着宇宙的年龄和最终命运。为了测准它，天文学界最顶尖的大脑分成了两大帮派，一场“学霸互殴”也就此拉开了序幕。

一场跨越百亿光年

的“对账”

第一派选手，我们姑且称之为“实测派”。他们的信条简单粗暴：眼见为实。既然我们想知道宇宙现在的膨胀速度，那就直接拿尺子量现在的宇宙呗。只要测出一个星系离我们有多远，再看一眼它的红移算出它跑多快，哈勃常数不就出来了吗？

测速度容易，但测距离在天文学里简直是地狱级难度。好在，宇宙中有一种叫做“Ia型超新星”的神奇天体。这种超新星源于一颗贪吃的白矮星，因为它引爆自己的质量门槛是固定的，所以它爆炸时的亮度也惊人地一致。这就好比你在黑暗的旷野中，确信每个人手里拿的都是标准的 100 瓦灯泡，那你只要看那个灯泡有多暗，就能反推出它离你有多远。靠着这把“标准烛光”搭建起的宇宙距离阶梯，实测派给出了他们的答案：宇宙目前的膨胀速度大约是 73。

即，天体与观测者的距离每增加1 Mpc（326万光年），其退行速度大约增加73 km/s。

Ia型超新星的艺术家想象（ESA）

然而，另一派选手，我们可以称之为理论派，对此嗤之以鼻。他们不看现在的星星，他们看宇宙的“婴儿照”。通过普朗克卫星，物理学家观测的是宇宙大爆炸后留下的余温，宇宙微波背景辐射（CMB）。CMB的平均温度只有2.7255 K左右，但是其在各个方向上均存在微小的温度涨落，这种涨落是光子与重子的相互作用形成的，具有一定规律，可以反映物质分布涨落在空间尺度上的相关性。这一涨落在宇宙学上一般用角功率谱描述，科学家测量出这个角功率谱，然后把它扔进人类最引以为傲的标准宇宙模型（Λ-CDM）里，像天气预报一样，通过公式一步步推演，算出 138 亿年后的今天，宇宙“应该”膨胀得有多快。他们算出来的数字，大约是 67。

普朗克卫星与宇宙微波背景辐射（ESA）

是尺子歪了，

还是理论崩了？

场面一度非常尴尬。一边是基于现实观测的73，一边是基于完美理论推演的67。这中间的差距，说明我们的测定方法或者宇宙模型肯定有一个存在问题，这被称作“哈勃常数危机”。大家都在互相“找茬”，但是一般还是认为理论派更精确一些，毕竟通过超新星测量受限于技术和设备，可能存在误差，特别是哈勃望远镜主要看的是可见光，可能受到了宇宙尘埃的影响。

两种方法的数值差距（cerncourier）

为了平息争论，人类甚至把造价百亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）送上了天，这台望远镜能看到红外波段的数据，明显会更精确。2024年，有团队把韦伯太空望远镜的数据分析之后，得出一个让大家沉默的结果：哈勃望远镜没看错，数据是准的，73就是73。

既然观测没错，那出问题的只能是那个我们信奉了多年的“标准模型”了。那个完美的理论，可能从根子上就有了裂痕。看来我们要喊出那句话了：物理学~不存在了！

物理学还在呢~

把物理学从不存在的边缘拉回来的，正是 2025 年接连爆出的两个重磅消息。首先发难的是 DESI 项目。2025 年 3 月，天文学家在分析了海量的重子声学振荡数据后，察觉到了一丝不对劲。在那个被我们奉为圭臬的标准模型（Λ-CDM）里，暗能量本该像个死板的钉子户，密度永远不变。但 DESI 的数据却暗示，暗能量似乎是“活”的，它的密度在随着宇宙年龄的增长而发生变化，甚至在衰减。这说明现实宇宙里的暗能量，更像是那种参数会变的w0wa-CDM模型，而不是我们以为的那个简单版本。

在当前宇宙中，宇宙介质的物态方程可以总结如下：

其中，介质的密度 ρ 与代表宇宙膨胀的标度因子a有如下关系：

标度因子a之变化的速率则可以用下式表达：

而在Λ-CDM模型中，介质则可以按照w的不同，简单区分为非相对论性无压物质（物质/冷暗物质，w=0）、相对论性有辐射压物质（辐射，w=1/3）及暗能量（w=-1）；在这种分类中，物质与冷暗物质的密度与a3成反比，辐射与a4成反比，暗能量则与a无关。而在w0wa-CDM模型中，暗能量的状态方程w不再是常数，而是遵循如下的CPL 参数化方程演化：

在该模型中，w0即w的取值，wa即w的变化率；若取特殊值w0=-1，wa=0，即为 Λ-CDM模型，然而上述三项研究的结论表明，当前宇宙这二者的数值存在明显偏移，见下图：

其表明二者均不符合 Λ-CDM模型之预测，暗能量密度正在衰减。

紧接着，在 2025 年 10 月，来自韩国延世大学的一项研究，从另一个角度补上了关键的一刀：Ia型超新星被曝出了严重的设计缺陷。原来我们一直用来测量宇宙距离的Ia型超新星，根本就不是恒定的“标准烛光”，它的亮度和宿主星系的年龄有着密切关系。正是这个被忽视的细节，导致了过去几十年的误判。

宿主星系年龄的增加逐步增强

逻辑是这样的：以前，我们默认所有超新星都是极亮的100瓦大灯泡。当我们观测到远处的超新星看起来很暗时，我们下意识地认为：既然灯泡本来那么亮，现在看起来却这么暗，那它一定是被宇宙膨胀推到了非常非常远的地方！基于这个误解，我们推导出宇宙在疯狂加速膨胀，算出了高达73的哈勃常数。但是其实很多灯泡本来就没有那么亮（可能只有95瓦甚至是90瓦）。既然它本来就暗，那它看起来暗就是正常的，这意味着它其实并没有我们想象中那么远，也没有跑得那么快。

研究团队认为，通过这种方法修正后，我们有望把之前高得离谱的哈勃常数降下来一些，从而减少目前哈勃常数的偏差，但是能降低多少，没说~ 目前我们仅仅把DESI的结果，结合CMB与大爆炸核合成的观测数据，得到的哈勃常数在68附近。这个数字，终于从73的高位回落，与67几乎握手言和。

至此，剧情终于闭环：所谓的“哈勃常数危机”，其实是我们因高估了灯泡亮度而产生的乌龙，这朵笼罩在物理学头顶的乌云，终于有了散的可能性。为什么说是可能呢？因为这篇文章还有一些争议，虽然可以与DESI相互引证，可信度不算低，但是别忘了一百多年，当人们试图去驱散经典物理学天空中的最后两朵乌云时，最后把旧物理的大厦拆了个底朝天。

来源：石头科普工作室

编辑：丁香叶子

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