这项研究差点颠覆宇宙学，但仅过两周就被指用错了“尺子”，还发在《自然》上

图片来源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Sparks

撰文 | 王怡博

审校 | 王昱

2026年6月底，芬兰赫尔辛基大学的宇宙学家蒂尔·萨瓦拉（Till Sawala）注意到，《自然》（Nature）发表了一项重磅研究，声称或将颠覆我们对宇宙的认知。

在这项引起激烈讨论的研究中，意大利恩里科·费米研究中心（Enrico Fermi Research Center）的弗朗西斯科·西洛斯·拉比尼（Francesco Sylos Labini）与新西兰坎特伯雷大学的马尔科·加洛波（Marco Galoppo），分析了暗能量光谱仪（DESI）采集的横跨逾110亿年宇宙历史、包含4700万个星系和类星体的庞大数据集，得出了一项惊人的结论：星系在约30亿光年的极大尺度上，依然会呈现出显著的纤维状或丝状结构，且在特定方向上的分布明显多于其他方向。

如果这一结论被证实，将直接动摇现代宇宙学的核心假设——宇宙学原理（Cosmological Principle）。该原理认为，在足够大的尺度（通常指超过3亿光年）上，宇宙中的物质分布是均匀（Homogeneous）且各向同性（Isotropic）的。从小尺度上看，宇宙中充满了星系、星系团、宇宙丝、宇宙网等一系列结构；但当观测视野拉到足够大，这些结构就会被“抹平”，最终消失无法辨认。

听到这条消息时，萨瓦拉的第一反应是：“这要么是近10年来宇宙学中最重要的突破，要么就是搞错了。”可惜，现实似乎是后者。在这项研究发表仅两周后，萨瓦拉便在arXiv上提交了一篇预印本论文（未经同行评审），指出了两位原作者在数据分析中的致命疏漏——因用错了计算标度，他们误将“微小结构”放大为了“大尺度信号”。萨瓦拉表示：“他们看到的结构，实际上比他们以为的要小。”

暗能量光谱仪绘制的三维宇宙地图。特写镜头展示了大尺度宇宙结构。图片来源：DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

据《科学》新闻（Science news）7月8日报道，西洛斯·拉比尼已公开承认了这一错误，并表示团队正在重新分析数据。不过，他也仍保留了一丝希望，想看看重新计算后，是否还能保留部分原有的发现。

宇宙是均匀的？

100多年前（1917年前后），阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）在1915年提出广义相对论后，试图将其推广到整个宇宙，建立第一个现代宇宙学模型。当时，包括爱因斯坦在内的物理学家普遍坚信宇宙是静态且永恒的。面对复杂的引力场方程，爱因斯坦首次明确将“宇宙在大尺度上均匀且各向同性”作为基本假设，使得广义相对论中描述宇宙演化原本所需的10个相互耦合的复杂方程，大幅简化为了2个方程。

然而，他很快发现，在纯引力作用下，充满物质的宇宙必定会向内坍缩。为了维持设想中的“静态宇宙”，爱因斯坦在场方程中人为引入了一个具有排斥效应的常数项——宇宙学常数（Λ）。

1929年，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）通过天文观测证实了宇宙正在膨胀，打破了“静态宇宙”的传统认知。既然宇宙本身处于动态膨胀之中，原本用来维持静态平衡的Λ便失去了物理必要性。爱因斯坦随后抛弃了该常数项。据传，他甚至将“为维持静态宇宙而引入宇宙学常数”这件事称为自己“一生中最大的错误”。

20世纪60年代，得益于射电天文学的发展，阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）意外发现了来自宇宙各个方向、温度约为2.7K的宇宙微波背景辐射（CMB）。作为大爆炸约38万年后的“余晖”，CMB在全天方向上展现出高度一致性与均匀性，成为了宇宙学原理迄今最强有力的观测证据。

然而，CMB的极度均匀也带来了理论危机：如果早期宇宙真的如此高度均匀，那么仅凭普通物质的引力，根本无法在138亿年内将微小的物质涨落聚集成今天的星系、星系团和宇宙网等结构。为此，物理学家在20世纪70至80年代将不参与电磁相互作用、热运动速度极低的冷暗物质（CDM）引入到模型中。

图片来源：Caltech/Robert Hurt(IPAC)

此后，关键的转折发生在1998年，两个独立研究团队通过测量Ia型超新星，发现宇宙不仅在膨胀，而且是加速膨胀。仅靠普通物质和暗物质的引力无法解释这一现象，宇宙中必然还存在一种提供排斥作用的“暗能量”。于是，物理学家将爱因斯坦当年抛弃的宇宙学常数Λ重新加到了方程中。经历了近一百年的探索后，现代标准宇宙学模型最终确定为冷暗物质（ΛCDM）模型。

宇宙学原理无疑是冷暗物质模型及其他现代宇宙学理论的基本假设。但近年来，随着大规模星系巡天的推进，天文学家在超过3亿光年（宇宙学原理的理论尺度上限）的超大尺度上陆续发现了若干看似庞大的宇宙结构，关于宇宙学原理在极限尺度下是否依然严格成立的争议从未停息。

西洛斯·拉比尼正是其中的参与者之一。20多年来，他一直在追问：我们凭什么认定，宇宙在足够大的尺度上必定是均匀且各向同性的？

动摇宇宙学基石？

DESI的最新巡天数据，为天文学家绘制出了前所未有的三维宇宙地图。正是靠着这套海量数据，西洛斯·拉比尼和加洛波才得以对比不同方向上的星系分布。通过使用一种被称为“成对距离角分布”（angular distribution of pairwise distances）的统计方法，他们声称在跨越30多亿光年的宏观尺度上，探测到了极其显著的各向异性和不均匀信号，统计显著性达到了99.7%以上。

按照西洛斯·拉比尼的说法，这就像是“从极远处观看一张照片”：传统理论认为，随着镜头拉远，照片细节应当模糊并融合成一片平滑均匀的背景；但在他们的新研究中，镜头拉远后，反而捕捉到了更多有规律的丝状结构。如果这一发现属实，意味着宇宙在极大尺度上的物质分布存在不对称性。这将直接推翻现代宇宙学的基石——宇宙学原理，进而撼动标准宇宙学模型、大爆炸理论等一众现代宇宙学理论。

图片来源：DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

这篇论文发表于《自然》后，迅速引发了争议。在里昂高等师范学院的宇宙学家托马斯·布赫特（Thomas Buchert）看来，这一发现并不让他感到意外。他长期质疑冷暗物质模型忽视了宇宙网对时空的弯曲效应，并指出如果将这种非均匀时空的反馈计算在内，我们或许无需引入“暗能量”，就能解释宇宙的加速膨胀。

然而，美国熨斗研究所（Flatiron Institute）的宇宙学家戴维·斯佩格尔（David Spergel）则对此持怀疑态度。他指出，如果宇宙真的存在横跨数十亿光年的巨型丝状结构，其产生的引力必然会显著扭曲宇宙微波背景辐射。但这一推论与目前高精度的观测结果相矛盾。

用错“尺子”

面对这场风波，萨瓦拉重新分析了同一份DESI数据。他惊奇地发现，西洛斯·拉比尼和加洛波声称的大尺度巨型结构，其实主要源于数据处理中的一个概念混淆——他们用错了测量宇宙距离的“尺子”。

萨瓦拉指出，原作者在分析实际星系分布时，使用的是光度距离（luminosity distance）。光度距离是根据天体的表观亮度推算的，但在膨胀的宇宙中，它会随着天体红移增大而被大幅拉大，导致算出的距离数值通常大于实际物理距离。然而，他们用来做统计对比的计算机模拟，默认采用的却是共动距离（comoving distance）——这种距离剔除了宇宙膨胀对空间尺度的拉伸效应，反映的是星系当前真实的物理距离。

萨瓦拉直言，把基于光度距离绘制的星图，与基于共动距离建立的模型做对比，完全是“苹果与橙子的不对等比较”。随着观测深度增大，这种测量尺度的偏差被成倍放大，最终在数据分析中凭空产生了“巨型丝状结构”的假象。

当萨瓦拉将 DESI 的观测数据统一切换为共动距离，并补充了星系运动对红移的微小修正后，原论文中所谓的异常结构和各向异性信号瞬间消失，表明DESI的真实观测数据并没有违背宇宙学原理与标准宇宙学模型。

这意味着，原研究并没有发现任何“新物理”，只是因为用错了“尺子”，而误将数据分析中的“尺度偏差”当成了“宇宙各向异性”。只要用对“尺子”，大尺度的宇宙依然是各向同性且均匀的。

尚未尘埃落定

面对萨瓦拉的证伪，西洛斯·拉比尼承认团队确实误用了光度距离，但他同时反驳称萨瓦拉采用了一套不同的统计工具，并没有完全复现他们的实验。因此，他依然抱有一丝希望，期待在重做分析后，支持“宇宙大尺度各向异性”的信号还能有所保留，结论不至于被完全推翻。不过，9月8日，《自然》官网已在该论文页面发布“编者按”警告，称“本文的结论尚需编辑考虑更正”。

图片来源：Nature

但毋庸置疑的是，即便在今天，物理学家对于宇宙的运行机制仍未达成真正的共识。今年5月，加拿大滑铁卢大学、圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）与美国物理学会旗下的Physics Magazine联合发起了一项面向全球物理学家的重大调查。结果表明，物理学界正处于新旧交替与观点重塑的关键期，学界对暗物质、暗能量等核心难题的理解，远比教科书所呈现的要更为多元与不确定。

值得注意的是，在调查涵盖的所有重大物理学难题中，仅有两项观点拿下了过半数的赞同，包括大爆炸（68%）和宇宙暴胀理论（51%）。相比之下，标准宇宙学模型——即冷暗物质模型——的支持率则已然跌破半数，这或许与DESI近期发布的数据有关——DESI的观测显示暗能量可能随时间变化，而标准宇宙学模型一直假设暗能量是一个恒定不变的常数。

这些结果也折射出现代宇宙学活跃、远未走向终局的真实状态。那些关于宇宙本质的核心难题，依然在等待着新的解答。