超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型

德克萨斯大学达拉斯分校的一名天体物理学家等组成的研究小组，作为暗能量光谱仪（DESI）合作项目的一部分，正在领导一项旨在探索宇宙膨胀和加速的开创性实验。

达拉斯UT大学自然科学与数学学院（NSM）物理学教授穆斯塔法-伊沙克-布沙基（Mustapha Ishak-Boushaki）博士是DESI合作项目的成员，DESI合作项目是一个由来自全球70多个机构的900多名研究人员组成的国际小组，该小组参与了一项为期多年的实验，旨在加深对宇宙历史和命运的了解。

4月4日，伊沙克-布沙基与其他两位DESI科学家在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会会议上，介绍了对DESI实验第一年所收集数据的分析。伊沙克-布沙基介绍了从DESI数据中推断出的宇宙学结果及其对宇宙的影响。研究人员还在预印本网站arXiv上发布的多篇论文中分享了第一年收集的数据结果。

位于亚利桑那州基特峰国家天文台（KPNO）的DESI仪器从宇宙最遥远的地方收集光线，使科学家能够绘制出宇宙年轻时的样子，并追溯其演变到今天所观测到的情况。了解宇宙是如何演变的，关系到宇宙是如何终结的，也关系到物理学中最大的谜团之一：宇宙正在加速膨胀，这背后究竟隐藏着什么？

对DESI第一年数据收集工作的分析证实了科学家们所认为的宇宙最佳模型的基本原理，但同时也暗示，关于宇宙加速的根本原因，还有更多的东西需要了解。

DESI绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图。地球位于这张完整地图的薄片中心。在放大的部分，很容易看到我们宇宙中物质的底层结构。图片来源：Claire Lamman/DESI合作；cmastro定制的彩色地图软件包

宇宙加速度是个问题，因为它违背了在太阳系和附近太空中观察到的万有引力的工作原理，而万有引力会使有质量的物体聚集在一起。

伊沙克-布沙基说："引力把物质拉在一起，所以当我们把一个球抛向空中时，地球的引力会把它拉向地球。但在最大尺度上，宇宙的作用却不同。它的行为就像有一种排斥力在把宇宙推开，加速宇宙的膨胀。这是一个大谜团，我们正在多方面进行研究。它是宇宙中未知的暗能量，还是爱因斯坦引力理论在宇宙尺度上的修正？"

许多科学家认为暗能量在宇宙加速中起着关键作用，但对它的理解并不透彻。一些理论认为，暗能量是一个宇宙学常数，是空间的固有属性，是加速的驱动力。

为了研究暗能量在过去110亿年中的影响，DESI小组利用迄今为止最精确的测量方法绘制了有史以来最大的宇宙三维地图。这是科学家首次以优于1%的精度测量年轻宇宙的膨胀历史。

宇宙的主要模型被称为 Lambda-CDM。它既包括普通物质，也包括一种很少相互作用的物质，即冷暗物质（CDM）和暗能量，称为 Lambda。物质和暗能量都影响着宇宙的膨胀方式，但两者的方式截然相反。通过引力吸引，物质和暗物质减缓了宇宙的膨胀，而暗能量则加速了宇宙的膨胀。每种物质的数量都会影响宇宙的演化过程。伊沙克-布沙基说，这个模型可以有效地验证以前的实验结果，并描述宇宙在整个时间段内的样子。

这段动画展示了重子声波振荡如何充当测量宇宙膨胀的宇宙尺。资料来源：克莱尔-拉曼/DESI 合作和珍妮-努斯/伯克利实验室

然而，当 DESI 的第一年结果与其他研究的数据相结合时，就会发现与 Lambda-CDM 模型预测的结果有一些微妙的差别。

Ishak-Boushaki说："我们的研究结果表明，宇宙标准模型出现了一些有趣的偏差，这可能表明暗能量正在随着时间的推移而演变。我们收集的数据越多，就越有能力确定这一发现是否成立。有了更多的数据，我们可能会为我们观察到的结果找出不同的解释，或者证实它。如果它持续存在，这一结果将揭示导致宇宙加速的原因，并为了解我们宇宙的演变迈出一大步"。

更多的数据还将改进DESI的其他早期成果，这些成果涉及哈勃常数（衡量当今宇宙膨胀速度的指标）和中微子粒子的质量。

DESI是首个进行完全盲法分析的光谱实验，它对科学家隐瞒了真实结果，以避免潜意识中的确认偏差。研究人员"盲目"地使用修改过的数据，并编写计算机代码来分析他们的发现。一切完成后，他们将分析结果应用于原始数据，以揭示实际答案。

"Ishak-Boushaki博士的研究以及他与大约70个机构的科学家的合作揭示了关于我们宇宙的重要见解，其结果令人着迷，"NSM院长兼Francis S. and Maurine G. Johnson杰出大学讲座教授David Hyndman博士说。"UT达拉斯分校拥有如此世界一流的研究项目，看到我们的科学家在基础性发现中发挥关键作用，真是令人振奋"。