当韦伯望远镜的第一张深场照片传回地球时，全世界的天体物理学家不是欢呼，而是集体沉默了，那种沉默，是认知开裂的声音，照片里密密麻麻排列着一大堆星系，有些拥有清晰的旋臂，有些已经形成了巨大的核球，甚至比今天的银河系还要成熟。

       其中一个代号叫 JADES-GS-z14-0 的星系，红移值高达14.32，这意味着它发出的光，在宇宙诞生仅2.9亿年时就启程了，花了134亿年才飞到韦伯的镜面上，2.9亿年，听起来很长对吧。但你要知道，宇宙的年龄被公认为138亿年。2.9亿年，只占整个宇宙历史的2%多一点。

       打个比方：如果宇宙138亿年是一个人活到80岁，那么2.9亿年只相当于他1岁半的时候，你见过1岁半的婴儿长着胡子、西装革履去上班吗？

       但韦伯偏偏就拍到了这样的“婴儿”。这个z14-0星系，直径约1600光年，恒星总质量相当于数亿个太阳，而且它正在以惊人的速度孕育新恒星，每年产生的新恒星质量是银河系的几十倍。

       要知道，第一代恒星完全由氢和氦组成，它们必须经过诞生、燃烧、超新星爆发，才能把碳、氧、铁这些重元素撒向宇宙，然后这些重元素再凝聚成第二代、第三代恒星，最后才能形成行星和复杂结构，这个过程，按物理学家的模拟，至少需要5到10亿年。

       但韦伯看到的是，仅仅2.9亿年，所有步骤已经走完了。

       如果说只有一个异常星系，科学家还能用“特殊环境”来解释。但韦伯的发现不是孤例，GLASS-z12，红移12.5，宇宙年龄约3.5亿年，同样拥有成熟结构，JADES-GS-z11-0，红移11.5，同样颠覆预期，还有 CEERS-93316，红移高达16.7，如果被确认，它的年龄将更早。

       迄今为止，韦伯已经在宇宙“婴儿期”发现了至少十几个这类异常成熟的星系。它们的数量超出了标准模型预测值的10倍以上，换句话说，理论预测那里应该只有1个，实际却拍到了10多个，这不是“微小偏差”，这是系统性错误。

       这种集体性的矛盾，让天文学家们不得不面对一个严峻的问题，要么我们对星系演化的理解全盘错了，要么我们对宇宙年龄的计算存在重大漏洞。

        你可能好奇，现在的这个138亿年这个数字怎么来的？

       第一种办法是通过宇宙微波背景辐射，那是大爆炸留下的“余晖”，是充满全宇宙的微波光子，欧洲普朗克卫星以极高精度绘制了这张“婴儿宇宙”的照片，通过分析其中温度和密度涨落的波动模式，就能反推宇宙膨胀历史，从而得到宇宙年龄约138亿年。

       第二种方法是通过哈勃常数，即宇宙膨胀速率，天文学家观测远处的Ia型超新星，测量它们的红移和距离，计算出当前宇宙膨胀速度，再根据引力减速效应倒推时间，也能得到约138亿年，两种方法相互独立，结果却高度吻合。这就是为什么几十年来，138亿年被奉为铁律。

       但问题是这两种方法得出的哈勃常数值并不一致，两个数字差了将近9%，这在严谨的天文学领域，相当于两个人用不同尺子量同一张桌子，一个说1米，一个说1.09米。你说这桌子到底多长？

       这个矛盾，被称为 “哈勃常数危机” ，之前还能用观测误差搪塞过去，但韦伯用超高精度验证了第二种方法无误，矛盾彻底公开化，一边是138亿年的宇宙，一边是观测数据不匹配，如果宇宙实际年龄不是138亿年，而是更长，那么膨胀速度、哈勃常数、星系演化时间，全部要重新洗牌。

       2023年，加拿大渥太华大学的理论物理学家拉金德拉·古普塔，发表了一篇引爆学界的论文，他提出了一个极为颠覆性的模型，宇宙的年龄不是138亿年，而是267亿年。

       为什么是267亿年？因为他引入了一个前提：物理学常数不是永恒不变的，我们的教科书一直告诉学生，引力常数G、光速c、精细结构常数等等，都是宇宙的基本常数，亘古不变。但古普塔说，如果这些常数随着宇宙演化而缓慢变化呢？

       他的模型预测：早期宇宙的引力比现在强得多，光速也可能不同，这样一来，光的传播方式会改变，导致我们对红移和距离的解读出现系统性误差，更炸裂的是，他的理论直接否定了暗物质和暗能量的存在。

       暗物质和暗能量被公认占据宇宙质能总量的95%，是主流宇宙学的两大支柱。没有它们，你连星系旋转曲线和宇宙加速膨胀都无法解释。

       但古普塔说：根本不需要。只要让引力常数随时间衰减，星系外围的恒星旋转速度自然会呈现出观测到的形态，根本不需要“暗物质”来补充引力。同样，宇宙加速膨胀也可以用光速和引力常数的变化来解释，不需要“暗能量”这个神秘推手。

       这个理论太激进了，以至于大部分同行都摇头。

       但奇妙的是，它恰好完美解释了韦伯望远镜看到的一切：

       如果宇宙年龄真的长达267亿年，那么那些早期星系就有将近是原来两倍的时间去演化。2.9亿年变成约5亿多年，5亿年虽然还是很短，但至少给了星系形成更宽松的时间窗口，尤其如果早期引力更强，物质聚集更快，演化效率更高。

       虽然目前韦伯望远镜并没有“推翻”138亿年，但它已经撕开了一道口子，让所有人看到了现有理论的脆弱，要知道科学史上每一次重大突破，都始于一个“不该存在”的观测结果，当年天王星轨道异常，不是牛顿力学错了，而是发现了海王星。水星近日点进动异常，不是测量误差，而是催生了广义相对论。

       今天韦伯看到的那些“早熟星系”，可能正是下一代宇宙学理论的起点。

        宇宙膨胀速度（哈勃常数）可以用不同方法测量，其中两类被广为接受。一类是精确测量早期宇宙膨胀的余辉——宇宙微波背景辐射，结合宇宙学标准模型，推断出哈勃常数；另一类则利用距离梯度方法测量临近宇宙的距离和红移，从而确定哈勃常数。十余年来，随着测量精度不断提升，人们发现这两类测量得到的哈勃常数不一致，并且差异越来越大，超过了5个标准偏差。统计学上，超过5个标准偏差通常被认为是一个真问题，必须严肃对待。这就是所谓的哈勃常数危机。

       在哈勃常数危机出现以前，物理学家已经建立了一个非常成功的宇宙学模型——宇宙学标准模型：在宇宙演化极早期发生过一个快速膨胀阶段被称为暴胀，暴胀结束后宇宙进入辐射为主时期，接下来是物质为主时期，现在的宇宙处于暗能量主导的加速膨胀时期。粒子物理标准模型描述的物质只占现今宇宙能量的5%左右，不发光的暗物质占27%左右，而弥散在整个宇宙中的暗能量占68%左右。

       尽管还不知道什么驱动了早期宇宙的暴胀，暗物质是什么，暗能量是什么，但所谓的LCDM模型——宇宙学标准模型与所有天文观测是一致的，这里暗物质是冷暗物质，而暗能量是宇宙学常数。现在哈勃常数危机的出现预示着：要么在相关天文观测中存在还不为我们所知的系统误差，导致测量偏差；要么宇宙学标准模型需要修改，存在还不知道的新物理。

       这个危机涉及很多方面，有天文观测方面的，或是涉及现代宇宙学的基石——爱因斯坦的广义相对论和宇宙学原理，也可能有关暗物质和暗能量的性质，当然还可能涉及基础物理学。在问题没解决之前，科学家们必须考虑所有的可能性。

       暗物质和暗能量被称为21世纪物理学的“两朵乌云”，一方面指这两者是现代物理学的重大科学问题；另一方面，表明现代物理学框架内无法解释暗物质和暗能量，人们需要突破现有框架来揭示其性质和本质。

       暗物质和暗能量被美国物理与天文科学委员会列入21世纪希望解决的11个重大基础物理学问题，我国也将其列入国家中长期科学发展规划。毫无疑问，暗物质和暗能量问题的解决会极大推动基础物理学和宇宙学的发展，突破现有标准模型，对物理学和宇宙学带来新的认知，建立新的标准模型范式。

       暗能量一个最简单也最经济的解决方案是1917年爱因斯坦本人引进的宇宙学常数。如果暗能量就是宇宙学常数，则其能量密度是一个常数，不随宇宙演化改变。

       目前暗能量问题可以有三个思路：第一，是否表明在宇宙学尺度上爱因斯坦的广义相对论需要修改，这需要建立超越广义相对论的新理论；第二，现代宇宙学的基石之一宇宙学原理——“我们的宇宙在大尺度上是均匀各向同性的”，是否需要重新审视；第三，如果前两者都不存在问题，则需要考虑暗能量是宇宙学常数还是一个随时间变化的动力学能量成分。

       另一个严重的问题是主流理论遇到的“真空灾变”疑难尚未解决，即由量子场论计算的宇宙学常数(真空能量密度)比实际观测结果大120个数量级！

       需要指出的是，上述这些问题，在质量时变的引力理论中，都完全不存在，而且宇宙加速膨胀与观测最遥远的星空将发现成熟星系和超大质量黑洞，正是质量时变引力理论预测的结果。

支持单位：