前不久在一篇發表于《皇家天文學月刊》的最新文章中，研究人員提出了一種新模型：他們把如今宇宙的研究宇宙億歲年齡從 138 億歲直接提高到了 267 億歲，幾乎翻了一倍。年齡
對于這個結果，最新有人覺得這是研究宇宙億歲科學的新發現，屬于見證歷史了；也有人覺得它就和先前那個“大爆炸沒有發生過”的年齡觀點一樣，只是最新“反大爆炸”人士的嘩眾取寵罷了。那究竟該如何看待這篇文章呢？
1 意料之外
自從韋伯（韋布）望遠鏡投入使用以來，年齡關于早期宇宙的最新研究如雨后春筍般涌現。其中最出人意料的研究宇宙億歲新發現，就是年齡早期的星系看起來意外的成熟，它們幾乎和我們身邊這些宇宙晚期的最新星系一樣明亮，同時也有著成熟的研究宇宙億歲星系結構。
按理來說，星系是通過“大魚吃小魚”的方式慢慢長大的，早期宇宙理應遍布著正處于合并中的不規則星系。但是實際上我們看到，那里的星系十分規則整齊，也有著光滑的盤面，和我們周圍的星系沒什么兩樣。總之就是，原本該是孩童模樣的星系表現出了異常的成熟特征。
類似的還有那個困擾科學界已久的問題：超大質量黑洞是如何形成的。如果同樣是通過“大魚吃小魚”的方式，那早期宇宙中應該不會有如此巨大的類星體；包括那些擁有著上百億倍太陽質量的星系中心黑洞，它們也不該存在于我們的宇宙之中。畢竟對于合成一個如此巨大的黑洞來說，138 億年的時間根本不夠用。
此外天文學家還發現，某些恒星竟然出奇的老。比如著名的“瑪土撒拉”星，當時研究人員計算出它的年齡大約在 145 億歲左右，比宇宙本身還要老。兒子比親爹早出生，這里面鐵定有問題。雖然這顆恒星的歲數上下浮動有 8 億年，可能仍在 138 億歲的宇宙年齡范圍內，但是以上這些現象共同指向了一個地方 —— 宇宙的年齡似乎出了問題。假如宇宙沒有我們想的那么年輕的話，那這些問題不就都迎刃而解了嗎？
2 宇宙年齡
要想知道宇宙年齡對不對，首先要知道它是怎么算出來的？
根據各種觀測數據，宇宙在膨脹這已是不爭的事實，而非純理論的預言。假如我們能知道宇宙從開始到現在一共膨脹了多少倍，以及在這期間具體的膨脹速度，那么我們就能算出它一共花費的時間，也就是宇宙的年齡。
宇宙的膨脹速度，它主要反應在天體遠離我們的速度上，也叫退行速度。天體（比如說遙遠的星系）它的退行速度與它到我們的距離成線性關系（v=HD），距離我們越遠的天體，它遠離我們的速度就越快，這被稱為哈勃-勒梅特定律，也叫哈勃定律。
我們如何知道天體遠離我們的速度呢？這個可以從它發出的光的紅移來判斷。紅移現象的存在，說明這些天體要么在遠離我們，也就是多普勒紅移；要么它周圍存在強引力場，也就是引力紅移。
顯然這兩者都不可能：怎么可能四面八方所有的天體都在逃離我們，我們是瘟神嗎？那難道宇宙外圍有一圈未知的強大引力場，把整個宇宙包裹著，這更是離譜。
既然兩種情況都不可能，那光的波長為什么會變長呢？為此茲威基曾提出過一種“光子疲勞”假說，就是路途太遠了光子跑著跑著沒勁了，所以波長變長出現了紅移。
“光子疲勞”這種假說因為無法解釋宇宙微波背景的各項同性問題，后來人們覺得還是從空間膨脹的角度來解釋更合適，于是這種由于宇宙膨脹導致的紅移被稱為“宇宙學紅移”。
通過宇宙學紅移的大小，我們可以計算出這個天體距離我們有多遠。距離越遠，光要走的路程就越長，到達我們的時間就要越久，所以我們看到的景象其實是它很久之前發出時的樣子。因此我們通過觀察不同時期的天體，就能了解宇宙在不同時期的演化情況。
像背景輻射，它的紅移值有 1100，也就是大爆炸后大約 38 萬年，這也是傳統大爆炸模型中宇宙的“起點”。注意：這里不是“奇怪”的“奇”，是“起跑”的“起”，“開始”的意思。
知道了宇宙學紅移的“極限”，就相當于知道了宇宙膨脹了多少倍，接下來要找到每個時期具體的膨脹速度。
要求空間膨脹速度，需要一個重要的參數 —— 哈勃參數（H）。這就牽扯到復雜的理論計算了。簡而言之，根據 FLRW 度規、廣義相對論等可以推導出描述膨脹宇宙的弗里德曼方程，從而可以得到哈勃參數和物質密度的關系。
3H2 = 8πGρ
宇宙中的物質主要是由重子物質、暗物質、電磁波等輻射，以及暗能量組成。除了神秘的暗能量，其他物質都會隨著宇宙的膨脹而被稀釋，所以它們的密度與紅移息息相關。
有了物質密度，再經過如此這般這般如此地一頓換算，于是我們就知道了哈勃參數會如何隨紅移變化，這就相當于知道了宇宙在各個時期的膨脹速度。
H = f(z)
如今宇宙膨脹速度對應的哈勃參數就是哈勃常數（H0）。
H = f(0) = H0
可以看出，哈勃常數雖然叫“常數”，但在宇宙時間尺度來看并不是完全不變的，它更多說的是在宇宙各處的空間上是一樣的。
通過把弗里德曼方程進行適當變換，可以看到宇宙的年齡幾乎就是哈勃常數的倒數，所以知道了哈勃常數也就知道了宇宙的年齡。這就是目前計算宇宙年齡的大致方法。
t = 1 / H0
3 新模型
為了解決星系的“早熟”問題，研究人員原本并沒有直接拿宇宙年齡開刀，而是先引入了一個假設：假設基本的物理常數并不是常數，而是像哈勃常數那樣會隨時間變化而變化。
這看似逆天的假設，人家可不是拍腦袋隨便說的。這個假設最早是由量子力學奠基人之一、預言了反物質存在的保羅?狄拉克提出的，所以也算是“出身名門”了。
研究人員等于是拿狄拉克大佬來做“背書”，然后在之前的 FLRW 度規里加了一個因子，讓引力常數等基本物理常數可以隨時間變化。
然后通過修改后的 FLRW 度規，在新的弗里德曼方程中出現了一個動態的宇宙學常數，它預示著暗能量也不再是一個常數，而是會隨時間變化，研究人員稱該模型為“協變耦合常數模型（CCC）”。
這個模型最大的好處是：根據它預測的哈勃常數，我們的宇宙被拉長到了 267 億年，這就解決了開篇提到的一系列時間不夠的問題。
但是這個模型也有缺點：就是我們看到的處于宇宙早期星系，它們的個頭應該非常大才對，不應該像觀測到的那么小。
為了解決這個問題，研究人員又引入了另一個假說，就是之前提到的“光子疲勞”假說。
研究人員認為疲勞的光子會導致圖像發生畸變，使圖像變得更小、更暗，也更模糊。這就和我們觀測到的早期星系樣貌對應上了，該模型被稱為“疲勞光子模型（TL）”。
雖然光子疲勞假說本身存在一些問題，但把它和先前的耦合常數模型結合起來后，這個新的模型（CCC+TL）就可以解釋很多現象了。
4 個人觀點
現如今宇宙學遭遇的這種困境，要么是星系、黑洞這些演化模型有問題，要么是宇宙演化模型本身存在問題。
通常情況下，大部分人會把關注點放在前者。畢竟相較于給宇宙模型打補丁，給星系或黑洞模型打補丁可行性高得多。或許現有的模型僅適用于中晚期宇宙，只需要再為星系或黑洞找一個適用于早期宇宙的模型就好。
不同于他們，這項研究著眼于后者，選擇直接挑戰宇宙模型，這就是首先值得肯定的地方。它不局限于舊模型，而是能夠跳出條條框框從新的視角來思考，為今后的研究提供了新思路。
但是這項研究偏理論，屬于為了迎合觀測數據而“補丁套補丁”得到的“弱理論”。雖然類似的弱理論有很多，但這種在已有理論中引入“常量可變”和“光子疲勞”假設，本身風險會很高。
目前該理論還很粗糙，比如它能否很好地擬合普朗克數據，并解釋其他天體物理和宇宙學的觀測結果，都還有待觀察。畢竟還是那句話：非同尋常的觀點需要非同尋常的證據！
本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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