一项关于黑洞以及宇宙膨胀力的颇具争议的理论预测，或许可以推动宇宙学谜题揭开。
黑洞吞噬万物，连辐射都难逃一劫。但如果它们这种贪婪的食欲产生了意料不到的副作用呢？2025年8月发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的一项新研究指出，黑洞可能会喷射出暗能量，而这也许有助于解释不同宇宙学测量结果之间的矛盾现象。
暗能量是驱动宇宙加速膨胀的神秘力量。没人知道它究竟是什么，但人们认为它无处不在。新研究提出的理论认为，暗能量来自死亡的恒星，因此，在恒星开始死亡之前，宇宙中并不存在暗能量。尽管这一观点存在争议，但它代表了科学界近期为理解暗能量运作机制、探究其随时间变化的特性以及修正宇宙学测量误差所做的一种新的积极尝试。
辛辛那提大学的物理学家杰西 · 缪尔（Jessie Muir）说道：“我认为这篇关于黑洞的论文，是当前科学界不断探索‘引入这些物理机制能否化解观测结果之间的矛盾’这一命题的有趣尝试。”
宇宙修正因子
故事始于阿尔伯特 · 爱因斯坦，他的广义相对论预言了黑洞的存在。当时，他认为宇宙是静止的，但这与他的引力理论相悖。在他的方程中，万物本应聚集成一个巨大的团块。由于宇宙并非如此，爱因斯坦便引入了名为“宇宙学常数”的修正因子，用来描述一种稳定且普遍存在的作用力，以维持宇宙的稳定。1929 年，当天文学家发现宇宙实际上在膨胀时，爱因斯坦放弃了这个常数。
时移世易，接近四分之三个世纪后，1998年，天文学家发现宇宙不仅在膨胀，而且这种膨胀还在加速——这一现象恰好能用持续存在且无处不在的作用力来解释。爱因斯坦的“宇宙学常数”重新登场，宇宙学家自此不断试图理解这种力量。
爱因斯坦用希腊字母λ表示的这种暗能量，长期以来被认为是恒定不变的。即便如此，宇宙学家发现，暗能量在宇宙早期的影响比现在小得多。在宇宙的“婴儿期”，辐射是影响宇宙膨胀的主要因素。到了宇宙“中世纪”，物质主导了这一过程。这包括恒星、行星乃至我们人类在内的可见物质，以及我们无法观测或描述的暗物质。如今，宇宙演化最主要的驱动力已经变成了暗能量。但暗能量作用的变化使得研究它的性质变得更加复杂。
加拿大安大略省圆周理论物理研究所的物理学家扎克 · 维纳（Zach Weiner）指出：“暗能量的根本难题在于，它几乎是昨天才变得重要的。”
DESI项目的意外发现
研究暗能量如何随时间演化是暗能量光谱仪（DESI）的核心目标之一。DESI通过观测星系与来自宇宙早期的声波，来追踪暗能量的历史演变。DESI 坐落于美国亚利桑那州的伊奥卡姆 · 杜阿格山上，依托基特峰国家天文台，对宇宙体积不足现今一半时期的天体进行精密观测。天文学家整合了这些测量数据与其他暗能量及暗物质分布研究，包括暗能量探测计划对遥远超新星的观测，以及宇宙诞生之初遗留下来的宇宙微波背景辐射图。但如果暗能量会随时间变化，那么它就不可能是一个恒定的“宇宙学常数”。而当科学家将DESI的结果与其他数据集结合分析时，这种偏差反而变得更加明显。然而，“λ模型”（即认为暗能量恒定不变的宇宙常数假设）作为标准宇宙学模型的核心范式，迄今几乎经受住了所有检验。
黑洞假说由此登场。自2025年春季DESI最新结果公布以来，理论物理学家提出了若干新颖的假说，其中就包括关于黑洞的最新假说。
亚利桑那州立大学的凯文 · 克罗克（Kevin Croker）和密歇根大学的格雷格 · 塔勒（Greg Tarlè）是新黑洞假说研究论文的两位共同作者。他们指出，DESI的观测结果可以被解释为黑洞内部的物质正在转化为暗能量。换言之，黑洞本质上是暗能量构成的微型气泡。爱因斯坦对此理论应该不会感到陌生：正如他揭示的质能方程所表达的，能量与质量是可以互相转化的。按照这种假设，宇宙早期的第一代恒星在坍缩成超大质量黑洞时，就已经在某种机制下制造出了暗能量。
塔勒指出，这一模型或许有助于回答两大宇宙学难题：为什么暗能量偏偏在现代宇宙才显现出来？为什么暗能量的密度与普通物质的密度如此接近，就像是某种奇妙的精确吻合？他说，这些“宇宙学耦合黑洞”或许可以同时解答这两个谜题。
“为什么是现在？因为恒星必须先形成，再形成黑洞，这些黑洞还得成长，而其他一切物质同时在稀释。”塔勒解释道：“那为什么当前暗能量密度恰好接近物质密度？因为必须将物质转化为黑洞中的暗能量，随后暗能量才得以增长。换言之，暗能量源自物质。”
这一模型不仅与早期宇宙的恒星形成速率观测结果相符，还意外地解决了一个有关中微子的奇特难题。物理学家通过测量不同种类中微子在类型转换时的质量差异，证实了中微子具有质量。但目前没人知道每种中微子的精确质量；我们只能测出它们之间的相对差值，而无法知道各自的绝对值。然而，DESI 及其他天文巡天的数据表明，大质量中微子存在的可能性微乎其微。这暗示我们的“宇宙能量账本”可能存在某种误差。
对此，克罗克和塔勒指出，产生暗能量的黑洞可使中微子具备较大的质量。
黑洞假说的质疑者
尽管如此，黑洞将质量转化为暗能量的观点仍有很大争议。多位研究人员表示对克罗克和塔勒的分析持怀疑态度。
“有趣的是该模型能与观测数据相符，”未参与该理论研究的缪尔指出，“研究它对中微子质量限制的影响很有意义。这或许表明这个理论不应被轻易否定。”但她与其他学者均未作进一步评论。
存在宇宙学耦合黑洞并非DESI实验结果的唯一可能的新解释。另一主流假说认为暗能量是一种类似流体的场，被称为“精质”。它在宇宙早期被冻结，而在较晚时期“解冻”并释放能量。还有理论认为暗能量是“涌现的”，在宇宙早期几乎不存在或难以探测，但在现代宇宙中逐渐显现。另外，一些研究团队提出了所谓“精灵暗能量”模型，通过调整参数以再现宇宙微波背景辐射的距离测量结果。韩国天文与空间科学研究所的库沙尔 · 洛达（Kushal Lodha）及其合作者2025年4月在预印本平台上发表论文，比较了这些不同版本的理论模型，并指出基于流体物理的模型可能是一个极具潜力的研究方向。
与此同时，其他团队正从黑暗宇宙的其他维度寻求新思路。巴西圣灵联邦大学的维托 · 佩特里（Vitor Petri）带领团队发表的一篇预印本论文指出，暗能量与暗物质之间的潜在相互作用，可能可以比标准宇宙学模型更好地解释DESI的观测结果。
维纳指出，所有这些新想法的涌现或许表明，理论学家更倾向于相信DESI的观测结果，并在积极寻找新的解释方式。
据克罗克称，将黑洞视为暗能量气泡这一观点早在几十年前就被提出过，但过去许多宇宙学家都对此予以驳斥或质疑其分析依据。2019 年以来，克罗克与多位合作者持续发表论文支持这一模型。他们的核心论点是：无论位于宇宙何处，以接近光速运动的物质都将受宇宙膨胀率制约。他们进一步指出，黑洞质量在宇宙演化过程中呈现爆发式增长，而这种增长无法通过传统黑洞吸积理论解释。但如果黑洞能在核心区域形成暗能量泡泡，那么这种增长就合理多了。在2023年，克罗克、塔勒以及夏威夷大学马诺阿分校的物理学家邓肯 · 法拉（Duncan Farrah）共同发表论文，通过计算指出：宇宙第一代恒星坍缩生成的黑洞，其总增长率所产生的暗能量总量，恰与当今观测到的暗能量总量相符。但该研究遭到多位科学家的质疑。
尽管如此，克罗克团队并未停下脚步，尤其当他们意识到该理论有可能解释DESI 的新测量结果时。数位DESI合作项目成员以共同作者身份参与了2025年8月发表的这篇新论文。克罗克表示，这一次同行们的兴趣似乎更浓厚了。
“科学研究就是这样运作的。你得不断积累证据，逐步建立论证。” 他说。
尽管克罗克团队持续推进研究，但并非所有人都认同DESI暗能量测量结果足够可靠。得克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家凯蒂 · 弗里斯（Katie Freese）是DESI测量数据的知名质疑者。她认为 DESI的数据分析中存在一些值得商榷的地方，尤其是在描述暗能量随时间变化的两个参数时。不过，她也表示，如果DESI最终能确凿地证明暗能量会随时间变化，那么克罗克的解释将非常有趣。
“现有证据尚不足以令人信服，” 她表示，“我不会说它是错的，但现在的结果仍是初步的。因此我非常期待后续研究进展。”
维纳对黑洞能产生暗能量的观点持怀疑态度。他认为新论文提出的模型尚不完整，但也承认探索不同的理论组合来解释DESI观测到的现象是有意义的。他相信，通过调整描述暗物质的各类模型，并检验其与暗能量的相互作用机制，或许能发现更多线索。
在物理学家持续构思新理论之际，弗里斯表示她仍希望能找到方法证明暗能量，即爱因斯坦常数这个理论物理学家们的“心头之痛”，会随时间变化。这将开启通往新物理学的大门，并重新诠释自爱因斯坦以来我们自以为了解的一切。
“那将比它只是个常数有趣得多。”她说。
资料来源 Scientific American