Renormalization group corrections to $\Lambda$CDM model and observational consequences for $H_0$ tension

宇宙正在膨胀，几十年来，天文学家已经能够以不断提高的精度绘制这种增长过程。通过观察被称为宇宙微波背景的大爆炸余晖，以及测量近邻宇宙中爆炸恒星的距离，科学家们建立了一个标准的宇宙学模型。该模型充当了一本宇宙规则书，描述了物质、能量和引力在数十亿年间是如何相互作用的。然而，近年来出现了一个重大问题。当科学家使用标准模型来预测当今宇宙膨胀的速度时，他们得到的是一个数值；而当他们利用局部观测直接测量该速度时，得到的则是另一个更快的数值。这一差异被称为“哈勃张力”，其差距之大，表明我们目前对宇宙的理解可能遗失了关键的一块拼图。

来自巴西的一个研究小组提出了一种通过重新审视引力基本定律和真空本质来解决这一冲突的新方法。他们的研究表明，我们通常认为是固定的自然常数，实际上可能会根据宇宙的能量尺度发生细微变化。在这种观点下，引力的强度和真空能量的密度并非静态值，而是受到量子效应引起的微妙偏移的影响。研究人员开发了一个基于重整化群（一种描述物理量如何演化的量子物理工具）的数学框架。他们将此应用于宇宙学，使得引力常数和宇宙学常数能够随着宇宙的膨胀和冷却而变化。

该团队利用现有最精确的宇宙学数据对这一想法进行了测试，包括来自普朗克卫星的宇宙微波背景测量、来自暗能量光谱仪的星系分布以及遥远超新星的观测。他们发现，该模型引入了一个描述这些常数“运行”（即变化）方式的新参数，且该模型比标准模型能更好地拟合数据。具体而言，数据倾向于一种新参数略微为负的情景。这种微小的偏差表明，在早期宇宙中，暗能量的行为与今天略有不同，其表现方式类似于其他提出的解决哈勃张力的方案。

结果表明，这种变化有助于弥合早期宇宙预测与局部测量之间的差距。虽然标准模型预测的哈勃常数约为每秒 67 公里/百万秒，但结合最新数据，新模型将该值推高至约每秒 68 公里/百万秒。这一转变使理论预测更接近于处于 73 公里/百万秒左右的局部测量值，从而缩小了两者之间的统计张力。研究人员强调，虽然这并未完全解决问题，但它提供了一条一致且具有理论依据的前进路径，暗示宇宙的膨胀历史受到了被忽视的量子效应的影响。

该研究还阐明了该模型并非什么。它排除了能量在空间真空与物质之间交换并违反能量守恒定律的可能性。相反，常数的这种变化自然地源于弯曲时空中的量子场论数学结构，而无需引入奇异的新粒子或新力。该模型在晚期时期恢复了标准的宇宙学行为，这意味着它看起来像我们今天所熟知的宇宙，但在早期宇宙中引入了一个特定的、可计算的差异，并在宇宙微波背景上留下了可探测的印记。

通过分析数据，研究人员确定其新参数最可能的值是一个很小的负数，大约为 -0.00025。这个数值在统计学上足够显著，足以表明标准模型并非故事的全貌，尽管它还不是决定性的证据。研究结果意味着，底层物质场的量子理论涉及的质量尺度远低于普朗克尺度，但可能高于大统一理论中所发现的尺度。这种宇宙最大尺度与粒子物理最小尺度之间的联系，为我们认真对待这些量子修正提供了令人信服的理由。

最终，这项工作提供了一个与所有当前观测结果一致的、在理论上稳健的替代方案。它表明，宇宙并非受制于僵化、不变的常数，而是由随宇宙环境演化的动态量所支配。尽管证据仍在积累中，且统计显著性尚未达到压倒性的程度，但不同数据集对这种变化的持续偏好指向了一种真实的物理效应。随着下一代望远镜和巡天观测项目的上线，它们将能够以更高的精度测试这一想法，从而有望确认引力常数的“运行”是否正是解开哈勃张力之谜的关键。