暗能量有负数？新模型翻出反常宇宙史，95亿年前或由负转正

一张宇宙演化图里的蓝线，有很长一段躺在零以下。在这项引力模型中，暗能量的“有效密度”可以先为负数，再变成正数。图上把这个转折标在约95亿年前，而宇宙仍可持续膨胀。

更反直觉的是，图里还有一个表示“加速停止”的小圆圈，却落在密度仍然为正的位置。既然暗能量常被用来解释宇宙加速膨胀，这个圆圈为什么不落在零线上？

原报道中的模型计算图。横轴左侧是今天，右侧是过去；纵轴为暗能量密度，以今天的临界密度为单位。灰线对应标准模型，橙线、蓝实线为两支解，蓝虚线为加入宇宙学常数的扩展。图片：伊斯坦布尔理工大学，改编自Akarsu等，2025。

沿着蓝线，从右往左看

我们习惯从左往右读时间，但这张图的横轴是红移，越往右对应越早的宇宙。因此，要顺着历史走向今天，得从右往左读。

蓝色实线从负值爬升，到红移约1.5时穿过零，继续走到今天的正值。图上将这个过零点标为约95亿年前。上方的年代刻度按标准宇宙学换算，精确对应的时间会随模型而变；这里展示的是一条可能的历史，变号还没有得到观测确认。

灰色横线给出了另一种情况：标准宇宙学模型把暗能量写成正的宇宙学常数，其密度不随膨胀变化。蓝线提出的可能性是，今天的正值未必能代表它全部的过去。

可是，能量密度怎么还能是负数？

关键就在前面那个“有效”。厄兹居尔·阿卡尔苏等人在2025年发表于《物理评论D》的论文中，研究了一种称为f(T)的修正引力理论。它改变了描述引力的方式；将宇宙演化方程重新整理，引力修正的影响就可以写成一项额外的“有效暗能量密度”。作者关注的是其中过去较少研究的一支解。

负号可以出现在这个额外项上，而普通物质等成分仍有正贡献。在论文讨论的膨胀方程里，这些贡献相加，决定膨胀率的平方；其中一项为负，总和仍可以为正。因此，模型既容得下负的有效密度，也容得下持续膨胀。这种写法表达的是引力修正的效果，并不等于找到了某种负能量物质。

这也是看图时最要紧的区别：蓝线表示其中一项密度，不是宇宙的膨胀速度。它跌到零以下，不能直接翻译成星系开始往回走。

圆圈与零点，为什么隔着那么远

再看蓝色虚线。它在实线所用模型的基础上，加入了宇宙学常数，画出的历史也发生了变化。

图左边那个空心圆，标的是这一扩展模型示例的“加速停止”，按图中时间标尺约在10亿年前。留意圆圈的高度：它还在零线之上。

这说明，“暗能量密度为零”和“宇宙加速度为零”是两个不同条件。膨胀怎样变化，需要看各成分的密度、压力以及它们共同产生的作用。单独知道暗能量密度的正负，不能就此判断宇宙正在加速还是减速。

想象一辆仍向前开的车：速度不再增加，不等于车停了；即使随后减速，也不等于已经倒车。宇宙没有道路和发动机，但区分“还在变大”与“变大得越来越快”时，这个差别同样重要。

空心圆出现时，这个模型中的宇宙仍在膨胀，只是结束了加速阶段。它与约95亿年前的密度过零，标记的是不同的变化。要知道真实宇宙更接近哪条曲线，接下来就得拿它们去对照测量。

最简单的蓝线，也有自己的难题

一条曲线能画出来，离它符合真实宇宙，还有相当距离。作者首先遇到的困难，正是今天的膨胀率。

天文学家有两条重要测量路径。一条从附近恒星的距离校准出发，逐步量到更远的超新星，推算今天的膨胀率；另一条研究早期宇宙留下的微波背景，再依靠宇宙学模型推演到今天。两条路径所得数值存在分歧，也就是“哈勃张力”。

宇宙距离阶梯示意：先校准近处造父变星，再校准超新星，逐步测量更远星系的距离。图为测量方法示意。图片：NASA、ESA、A. Feild（STScI）、A. Riess（STScI/JHU）。

论文里，未加入宇宙学常数的负分支，在作者采用的早期宇宙约束与代表性参数构造下，给出约84.5公里/秒/百万秒差距的哈勃常数。论文拿来比较的本地测量值约为73，单位相同。原本希望缓和两种测量之间的分歧，这一支却把数值抬得过高。

作者于是加入宇宙学常数，扩大能够调整的范围，找出既能接近本地测量、又能维持与微波背景功率谱相容的例子。前面那条蓝色虚线，属于这种扩展思路。

扩展之后，模型也多了一个可调参数，能选出的曲线更多了。有没有因此更好地解释宇宙，需要把增加的复杂度算进去，在同一批数据上与标准模型做正式统计比较。作者明确提出，这项比较仍然需要完成。84.5也只是论文里的代表性构造结果，不能当作整套数据已经选出的最佳答案。

普朗克任务2013年公布的宇宙微波背景图，颜色显示极微小的温度起伏；这里以矩形投影展开全天。它保留了早期宇宙的信息，不是暗能量分布图。图片：ESA、Planck Collaboration。

这幅早期宇宙图里的温度起伏，也是一项约束：新模型需要解释这些起伏在天空不同尺度上的统计特征。引力规律若变了，后来物质怎样聚集、光怎样被引力偏折，也可能变化。这些现象可以从不同方向检验同一套引力理论。

DESI暗能量光谱仪正在用星系和类星体绘制宇宙地图，其中大尺度分布的特征尺度，可以帮助追踪不同年代的膨胀历史。它的前三年数据与其他观测合用，已经给出暗能量可能随时间变化的线索；DESI单独的数据仍与标准模型相容。这些线索还不能确认暗能量曾经为负。

往后再看到暗能量“变了”的消息，可以先留意观测到底支持到哪一步：密度随时间变化，还是进一步支持过去曾出现负值。前一种结果，会让那条恒定的灰线受到挑战；要走到后一种结论，还得把不同年代的密度可靠地约束出来。一条蓝线能否成为真实的宇宙史，最终要过的是这一关。

看到“暗能量为负”时，你最先想到的是宇宙倒退，还是能量减少？读过这张图后，哪一个细节改变了你的第一印象？

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