宇宙仍在加速膨脹——兩位諾貝爾獎得主不得不再次加以證明

暗能量是我們迄今確認存在的最奇特事物。它充滿整個太空，讓星系彼此加速遠離，而沒有人能說清楚它到底是什麼。天文學家近三十年來愈來愈確定一件事：暗能量必然存在——因為宇宙正在加速。當南韓延世大學的一個團隊在經過同儕審查的論文中挑戰這項結論時，最初證明宇宙加速的科學家們重新回到數據中。

如今他們在同一份刊登挑戰論文的期刊上發表了回應。宇宙仍在加速。諾貝爾獎依然實至名歸。但謎團的深度絲毫不減。

暗能量在現代宇宙學中如此核心，以至於它被寫入宇宙的標準模型——那些描述從大爆炸到每個星系最終命運的方程式。如果宇宙正在減速，這個模型就需要根本性的修正。延世大學的研究正提出了這個主張：宇宙已經進入膨脹減緩的階段，暗能量的減弱速度遠超任何模型預測。這個主張非同小可，而回應也同樣不凡。

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宇宙溫度計

這場辯論的核心儀器是一種稱為Ia型超新星的恆星爆炸。這類事件發生於雙星系統中的白矮星從伴星吸取過多質量，引發失控的熱核爆炸——一瞬間的光芒短暫照亮整個星系。值得注意的是，這類爆炸的亮度相當一致，足以作為天文學家所謂的「標準燭光」：如果你知道一個天體的真實亮度，它看起來有多暗，就能告訴你它離我們有多遠。

三位物理學家——亞當·里斯（Adam Riess）、布萊恩·施密特（Brian Schmidt）和索爾·珀爾馬特（Saul Perlmutter）——利用這個方法測量遙遠星系遠離的速度。他們的發現顛覆了宇宙學：星系不僅在遠離，而且遠離的速度比過去更快。宇宙的膨脹正在加速，由某種看不見的力量驅動，他們稱之為暗能量。這項發現為三人贏得了諾貝爾物理學獎。

延世大學團隊使用了同樣的儀器——超過三百顆Ia型超新星——卻得出相反的結論。他們的分析認為，一旦校正了「年齡偏差」（不同恆星族群會產生略有差異的超新星），加速膨脹的訊號便消失了。如果正確，暗能量就不是宇宙的固定特徵，而是一種正在衰退、已經在退卻的力量。

挑戰在哪裡出了錯

南安普頓大學的菲爾·懷斯曼（Phil Wiseman）博士率領反駁團隊，與兩位諾貝爾獎得主（亞當·里斯和布萊恩·施密特）合作。他們的分析點出了延世大學方法論中的兩個具體錯誤。

第一個是年齡混淆。韓國研究使用宿主星系的年齡作為其中個別超新星年齡的代理——這個替代並不成立。星系中包含年齡差異極大的恆星，今天爆炸的超新星可能起源於比星系平均年齡老或年輕數十億年的恆星系統。用星系年齡代替超新星年齡會系統性地扭曲分析。

第二個錯誤是遺漏宿主星系質量校正——這是現代超新星宇宙學的標準步驟。Ia型超新星的亮度會根據其所處星系的質量而有微妙變化，這項校正多年來已是例行作法。其缺失在韓國團隊的距離測量中引入了系統性偏差，而這些測量正是任何關於膨脹歷史主張的基礎。

「先前廣為接受的測量其實沒有問題，」懷斯曼說道，「而我們目前對宇宙命運的理解仍然穩固。」

合著者蘇利文教授指出，質疑既有觀念對科學進步仍然至關重要——而這次的挑戰，即使不正確，也促使學界以更高的精密度重新審視超新星天體物理學與宇宙學方法論。一場最終答案不變的科學辯論，仍然推動了領域前進。

確認之後仍未解決的問題

這份反駁確認了宇宙加速。但它沒有解釋加速的原因。

暗能量約佔宇宙總能量的70%，卻不發光、不產生可偵測的粒子，除了在宇宙成長率上留下的重力印記之外，沒有任何直接訊號。它的存在完全從其作用推斷——而其作用就是推。每一種測量宇宙膨脹的方法，從Ia型超新星到宇宙微波背景、重子聲學振盪、重力波警報器，都得到相同的結果：宇宙不僅在膨脹，而且膨脹得比過去更快。

這些方法都沒有解決的是：暗能量是固定的——愛因斯坦引入後來又稱之為最大錯誤的宇宙學常數——還是動態的，一種可能未來表現與現在不同的演化場。這個區別之所以重要，是因為宇宙的命運取決於此。固定的暗能量會產生一個永遠加速膨脹、在數兆年間變得愈來愈冷、愈來愈空的宇宙。而演化的暗能量則可能帶來更奇怪的結局。

DESI巡天的早期結果暗示暗能量可能出現演化，但統計顯著性不足以定論。懷斯曼的團隊明確指出他們發現的侷限：他們反駁的，是「加速已經停止」這個具體主張。暗能量本身是否隨時間變化，仍然是一個開放且活躍的問題。

關於暗能量的常見問題

什麼是暗能量？

暗能量是對造成宇宙加速膨脹之原因的統稱。它表現得像一種均勻分佈於太空的排斥力，不與普通物質或光相互作用——因此我們建造的所有儀器都無法直接觀測它。儘管它約佔宇宙總能量的70%，卻從未被直接偵測。其存在完全透過超新星、星系巡天和宇宙微波背景測量的宇宙膨脹率推斷而來。

我們如何知道宇宙正在加速？

透過比較遙遠超新星遠離的速度與近距離超新星的速度。在減速宇宙中，極遙遠的爆炸相對於其亮度，看起來會比預期更快遠離。但實際上它們看起來更暗——意味著它們比減速模型預測的更遠，這表示膨脹隨時間加快了。這個訊號已透過多種獨立觀測方法（各自使用不同物理原理）得到確認。

暗能量可能隨時間變化嗎？

有可能。最簡單的模型將暗能量視為宇宙學常數——固定、均勻、永恆。但DESI巡天和某些超新星彙編的早期結果暗示了可能的偏差。這個問題確實是開放的。這份反駁確認了加速尚未停止；它沒有解決暗能量強度是否恆定的問題。

這解決了哈勃張力問題嗎？

沒有。哈勃張力——不同方法測量宇宙當前膨脹率之間持續存在的分歧——是一個獨立且未解決的問題。這份反駁只涉及宇宙是否仍在加速，而不涉及加速的具體速率。

南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）在這份反駁發表前幾天發射，預計在其五年任務中將提供史上最大的超新星巡天。結合歐幾里得（Euclid）的弱透鏡數據和DESI的星系圖，羅曼的觀測應能大幅縮小暗能量模型的可能範圍——並確認宇宙學常數，或迫使出現無人預測的修正。

參考文獻：Wiseman et al., “Still accelerating: type Ia supernova cosmology is robust to host galaxy age evolution,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; 549(3). DOI: 10.1093/mnras/stag797

標籤: dark energy, Adam Riess, Brian Schmidt, cosmic acceleration, Nobel Prize, Type Ia supernova

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