宇宙年龄被拉长到267亿岁？清华大学楼宇庆：检验起来有困难，甚至有点“邪”

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第22期，对话清华大学物理系教授、CUSPEA学者楼宇庆。

(相关资料图)

嘉宾简介：

楼宇庆，清华大学物理系教授、CUSPEA学者，哈佛大学物理博士，教育部特聘学者，海智计划特聘专家。研究领域包括太阳物理、天体物理、空间物理、行星磁层物理、黑洞形成机制等。曾主持和参与美国国家科学基金会、中国国家自然科学基金委和科技部、教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目。

划重点：

1.Gupta认为“宇宙常数”的传统解释需要修改，所以他发明了一个新模型CCC，但是要想解释好这个模型，就得把宇宙年龄给拉长。

2.Gupta其实是想揉合Zwicky的累光理论和狄拉克假设演化的“耦合常数”，虽然他提出的问题是对的，但也没有到否定大爆炸的程度。

3.宇宙还能“活”多久，要看怎么定义“活”这个概念，如果相信物理学中热力学的熵增加，宇宙最后会安静地沉下去。

4.我倒没有想让宇宙年龄延长，因为基于动力学引力塌缩这种机制，形成大质量黑洞的时间是绰绰有余的。

出品 |搜狐科技

作者 |周锦童

编辑 |杨锦

“四方上下曰宇，古往今来曰宙。”我们身处天地之间，每每仰观俯察，总会好奇浩瀚宇宙的广阔与奥秘。“宇宙究竟多少岁？”这一问题虽充满争议但却令无数人为之着迷。

目前最被广泛接受的宇宙学模型表明，宇宙是从约138亿年前的一次大爆炸开始形成的。但近日加拿大科学家Gupta的一项新研究表明，宇宙的年龄可能为267亿岁，约为此前认为的两倍。这一研究结论不仅挑战了主流宇宙学模型，同时也为所谓的“不可能的早期星系问题”提供了新的解决方案。

那么宇宙究竟多少岁？它还能“活”多少年？这个研究结果是科学新发现还是“反大爆炸”人士的“哗众取宠”？这个研究该如何验证？带着这些问题搜狐科技对话了清华大学物理系教授、CUSPEA学者楼宇庆。对此，他表示，“Gupta是一位认真的学者，他的问题也是有真实来由的，但他提出的理论假设和模型是可以再进一步探讨的。”

楼宇庆之所以这么说并不是没有道理的，因为Gupta在研究中试图将累光理论和狄拉克假设的演化“耦合常数”的想法揉在一起，但这并不能解决早期星系形成的所有问题，因此他认为“宇宙常数”的传统解释需要被修改，所以他发明了一个新模型CCC，但是要想解释好这个模型，就得把宇宙年龄给拉长。

“原则上讲，他的研究有理论的因素、有观测的因素，也有凑合、拟合的因素，我觉得即便他在大方向上有点影子，也还需要花很多年的时间去验证，这是一个大胆的假设，核心就是想让宇宙的年龄长一点，好让这些星系有更多的时间来演化，这样就回答了所谓的‘不可能的早期星系问题’。”楼宇庆如是说。

除了对宇宙年龄问题感兴趣，更多人关注的是宇宙还能“活”多少岁。对此，楼宇庆表示，这就要看如何定义“活”的概念。假定把宇宙想象成一个孤立的系统，如果相信物理学里热力学的熵增加，宇宙最后会安静地沉下去，但具体时间还不好估计。

而谈及Gupta研究的检验问题，楼宇庆认为检验起来是比较困难的，尤其是对物理常数随时间变化这一问题的检验。他表示，如果实验能证明某个物理常数可以随时间变化，这将是一件翻天的大事。此外，模型中还涉及到了光速，“我现在不说不太可能，但让光速变化这事就有点‘邪’。”楼宇庆如是说。

以下为对话实录（经编辑整理）：

搜狐科技：主流宇宙学模型估算出宇宙的年龄为137.97亿岁，这一研究约认为是此前的两倍，您觉得这个结果是科学新发现还是“反大爆炸”人士的“哗众取宠”？

楼宇庆：首先我觉得Gupta是一位认真的学者，所以谈不上“哗众取宠”。但他“掀翻”的东西稍微多了些。

宇宙学大致的图像是很早以前有一个所谓的大爆炸，密度、温度很高，然后慢慢膨胀、慢慢降下来，降到一定阶段的话，才出现了我们今天所谓的“物质”。所以通过宇宙做数值模拟的话，是在根据设想的图像进行一系列相关的现象观测，然后去进行演化，最后去观察模型出来的相关结果，如果从概念上吻合得还好的话，这个时候就可以定出年龄。

他现在出现的问题恰巧就在于James Web Space Telescope（詹姆斯·韦布空间望远镜，编者注）。JWST新观测发现了一些宇宙年龄很小的时候，大概是几亿年的时间尺度上已经出现了一些星系、黑洞，或者类星体，这些东西的出现是跟标准模型不一样的。Gupta教授在他的文章中收集了很多JWST的观测结果，所以提出了跟标准宇宙模型不一样的结果。

搜狐科技：这一研究是如何为所谓的“不可能的早期星系问题”提供了新的解决方案的？

楼宇庆：原来没有JWST，观测是有点挑战的，但是从哈勃到Webb望远镜，观测能力更强了。Gupta教授的想法是把宇宙年龄给拉长，这样就有充分的时间去演化。但是现在一个关键的问题就是不能随手一拉，随便就说宇宙是多少岁，必须要提出一个模型来解释这件事。

所以他的模型中涉及了两件事，首先是tired light（累光）。这个概念最早的提出者应该是Zwicky。另外涉及到的就是物理常数随着时间变化的想法，这是狄拉克提出的想法，所以他是基于这两件事。Zwicky的文章数据基于哈勃望远镜，他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低，即移向光谱的红端，称为红移，天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系。

Gupta认为现在我们看到的红移不一定全部是运动造成的，他把这个效应引入进来似乎能解释为什么早期形成一些星系，但还不能回答所有的问题，所以就想把累光效应和现在标准的ΛCDM给揉到一块，但是他发现这样还是不太好，对“宇宙常数”的传统解释需要被修改，所以他自己又发明了一个新模型CCC（covarying coupling constants），但是要想解释好这个模型，就得把宇宙年龄给拉长。

搜狐科技：这一研究结果为未来人类探测太空有什么帮助？

楼宇庆：从人类探知的角度说，既然有这么多观测手段看见一件新鲜事发生了，自然就想去理解它到底是怎么回事，比如你现在用JWST看到某些东西，怀疑是一个星系，那就需要用其他的手段去校正它，如果它不是的话就可以排除掉了，如果是的话，就可以提出这个问题。

搜狐科技：有人说主流宇宙学模型并不完美，这个研究是否说明宇宙大爆炸理论与Webb望远镜的观测二者出现了巨大的矛盾？

楼宇庆：这个模型并没有否定掉大爆炸，只不过把时间尺度拉长而已。他提出的问题是对的，但是没有到否定大爆炸的程度。就像我们理解的太阳系，有八大行星绕着转，这个大图像里还有很多问题是我们不理解的，但不能因为不理解，就说这个大图像不对，远没到这个程度。

搜狐科技：除了宇宙多少岁这个问题让人好奇，除此之外更多人关注的是宇宙还能“活”多少岁，您觉得宇宙还能存在多少年？

楼宇庆：你问宇宙还能“活”多久，要看怎么定义“活”这个概念，比如作为一颗恒星，可以燃烧它，等烧到完了的时候，就能估计时长。大自然界中都是有一种循环、一种周期或者准周期的。

所以要看怎么定义这个周期，比如说恒星因为星际间物质塌缩，如果质量足够大的话，有一天可能会发生超新星爆炸，当然这又是进来、爆炸，再合成一些东西，然后又撒到星地间物质中去，你可能有第二代的运行形式，这也是一种循环性的过程。

但是也有一些星体例外，比如说一个孤独的白矮星，它当然有它过去形成的历史，但到这时候，我们就只能想象着它温度慢慢散了，最后可能就是一个安静的“疙瘩”，除非它被另外一个体系给捕获了，又可以惹出“新鲜事”，或者两个东西撞在一块形成一个双星系统等。就是如果你把所有这些能够想象的活动都想到了，那可能就认为宇宙还活着。

但假定把宇宙想象成一个孤立的系统，如果你相信所谓的物理学里热力学中的熵增加，其实最后就是会安安静静地沉下去，这是非常天真的想法。但是，循环是一直在的，就比如它们分散开了，又会合在一块，然后两个又会撞在一起，各式各样零星的事件会不断发生，但整体来讲好像应该就安静地沉下去了。

搜狐科技：您也有过这方面的研究，您的研究和他这个研究是不是有重合或者说互相验证的一些地方？

楼宇庆：很好的问题，实际上当我读他的文章，我也想过这些问题，因为我大约在十多年前的时候转向研究黑洞的形成。黑洞本身是不能探测的，我强调任何意义下的黑洞探测，都是指黑洞跟周边有某种合理的物理形式的作用，然后我们根据这些作用来推测黑洞的存在，它有一个所谓的吸积盘，物质从吸积盘中被扯到黑洞里去，如果吸积地很猛烈，也会产生转化、辐射，所以得根据模型来推测黑洞的存在。

吸积盘这个概念在大多数情况下也是有意义的，但是后来我们发现，在很多星系的中心有着超大质量黑洞，这个超大质量黑洞的质量可以定义在几百亿个太阳质量到几十亿个太阳质量的一个范围。那么这时候就出现一个问题，这个黑洞这么大是怎么形成的？

如果让吸基盘来吸积形成这样大小的黑洞，吸积的物质下去是没有那么快的，所以不能在足够快的时间内形成这么大质量的黑洞，而这时有人就提出一个想法，黑洞并合，以便来相对快速地形成大质量的黑洞。我相信这种并合是没问题的，但是我不太相信大个黑洞是靠这种并合形成的。

所以我用动力学，用流体力学，从引力塌缩的角度来形容它，当然这种引力塌缩过程是一个随时间变化的过程，根据我这些模型的理论计算，会发现我们有足够快的时间，前提是宇宙中有巨大的“物质库”，通过随时间变换是动力学引力塌缩，可以形成一个大质量的黑洞主体。所以我倒没有想让宇宙年龄延长，因为基于我这种机制的话，形成这么大质量的黑洞时间是绰绰有余的。

所以我读了Gupta教授这个文章，更感兴趣的是他前面总结的这些观测结果与标准的宇宙学模型有矛盾的事情。大约十年前我也预感到这些观测结果与标准的宇宙学模型有矛盾。所以当Webb2021年12月25号发射时，我一直很期待它能顺利，但是现在我觉得现在基本上可以比较有把握地说，早期形成的这些物质跟标准宇宙学的模型是有矛盾的。

搜狐科技：您觉得未来他会从哪些方面来验证自己的这个研究？

楼宇庆：有点难，因为涉及的东西很多，最难的是物理常数随时间变化这件事，检验这个问题我现在想是比较困难的。如果实验能证明某个物理常数随时间变化，这将是一件轰动的大事，有点翻天的意味。无论如何这种变化的尺度是非常缓慢的，是需要长期观测的，而且还需要特别精密的测量。此外，它的模型中涉及到光速，我现在不说不太可能，但让光速变化这事就有点“邪”。

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