暗能量理论研究获重要进展

 

近日，由中国科学院国家天文台牵头的国际科研团队发布暗能量探测新结果(DESI collaboration, arXiv:2504.06118）。他们发现暗能量状态方程随时间演化（见图一），在4.3σ置信度上排除了爱因斯坦的宇宙学常数，并且在演化过程中越过宇宙学常数限 w=-1。这一发现为中国科学院高能物理研究所张新民团队提出的Quintom暗能量理论提供了重要的实验支持。

暗能量的物理本质是什么？这是新世纪的一个重大疑难。在过去的几十年，国内外科学家提出了多种理论来诠释暗能量。描述暗能量物理属性的一个重要量是它的状态方程 w （即压强与能量密度之比），不同的暗能量模型唯象上可通过状态方程w的演化行为来分类（见图二）。比如，对于宇宙学常数来说，w不随时间变化并且 w = -1。对于动力学暗能量模型来说，w是随时间而变化的，但不同模型预言的变化区间不一样：Quintessence（译为精质）理论预言w > -1，Phantom（译为幽灵）理论预言w < -1，而Quintom（译为精灵）理论则预言w在宇宙演化过程中穿越-1。

Quintom暗能量理论是由张新民团队于2004年在国际上首次提出。至今，这篇论文单篇引用一千二百余次。2008年此论文获得了首届中国卓越研究奖（Thomson Scientific Research Fronts Award 2008）。在过去的二十年间，张新民带领团队对Quintom理论进行了深入系统的研究，引领了国际上状态方程穿越-1的暗能量理论的研究。2010年，国际综述期刊《Physics Reports》登载专文介绍了Quintom宇宙学。

暗能量与暗物质一起被称为21世纪现代物质科学中两朵新的“乌云”。目前，暗能量状态方程随时间演化的置信度是4.3σ，还未达到粒子物理学中判断一项发现是否“确凿”的5σ黄金标准。随着DESI数据的积累以及进一步的超新星（SNe）、大尺度巡天（LSS）、宇宙微波背景辐射（CMB，例如阿里原初引力波探测实验AliCPT）等的观测， Quintom暗能量理论将得到进一步的检验。

图一：暗能量状态方程随时间的演化，源自arXiv:2504.06118

图二：源自中国科学院国家天文台

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