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Cosmological Constraints on the DGP Model in light of DESI DR2 2025 Data

结合最新的 DESI DR2 BAO 数据与其他宇宙学探测手段，本研究发现平坦与非平坦 DGP 模型均被强烈否定，且无法解决哈勃张力，因为它们预测的哈勃常数显著低于 Planck $\Lambda$ CDM 的值。

原作者： Xinyi Dai, Yupeng Yang, Yicheng Wang

发布于 2026-07-13

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原作者： Xinyi Dai, Yupeng Yang, Yicheng Wang

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

把宇宙想象成一个巨大的、正在膨胀的气球。几十年来，科学家们一直试图弄清楚这个气球膨胀的精确速度，以及是什么不可见的力量在向其中吹气。目前的“金标准”理论被称为 $\Lambda$ CDM，它认为气球正受到一种神秘的、恒定不变的能量——宇宙学常数的推动。但问题在于，当我们使用不同的工具测量这个气球的速度时，得到的结果却不一致。这就是著名的“哈勃张力”（Hubble Tension）。

请看 DGP 模型，这是一个由物理学家 Dvali、Gabadadze 和 Porrati 提出的大胆新想法。DGP 并不认为有一个不可见的能量在推动气球，而是认为我们的整个四维宇宙只是漂浮在一个巨大的五维海洋中的一层薄薄的“片层”（brane）。在这种情境下，引力并不仅仅局限于我们的这层片层；在极大的尺度上，引力会开始“泄漏”到那个额外的维度中。这种泄漏被认为可以作为一个天然的引擎，在不需要任何奇怪的暗能量的情况下，让宇宙加速膨胀。这是一个巧妙的几何学解决方案。

但是，当用我们目前拥有的最尖锐的数据来测试这个“五维漏泄片层”的想法时，它真的有效吗？研究人员最近使用来自暗能量光谱仪器（DESI）的最新数据，结合其他宇宙线索（如古代超新星爆发和大爆炸的余晖），对 DGP 模型进行了终极压力测试。

结论：泄漏行不通

结果对于 DGP 的支持者来说有点令人沮丧。研究发现，尽管 DGP 模型在数学上很有趣，但它根本无法拟合我们实际观测到的数据。

当研究人员进行数值计算时，DGP 模型预测宇宙的膨胀速度约为 63.28 至 64.05 km s⁻¹ Mpc⁻¹。为了让你有个直观的概念，标准的 $\Lambda$ CDM 模型（它更符合数据）预测的速度更接近 67.4 km s⁻¹ Mpc⁻¹。DGP 模型不仅没能达标，反而让预测速度与我们从局部星系中测得的速度之间的差距进一步拉大了。它不仅没有解决“哈勃张力”，反而加剧了不同测量值之间的分歧。

为什么该模型失败了

作者发现，DGP 模型难以同时兼顾两种特定类型的宇宙证据：

“婴儿照”（CMB）： 来自宇宙微波背景辐射的数据告诉了我们宇宙在婴儿时期是什么样子的。
“青少年时期”（DESI BAO）： 新的 DESI 数据测量了宇宙在此时此刻是如何拉伸的。

DGP 模型试图通过扭曲规则来适应“青少年”数据，但这样做却破坏了“婴儿照”。这就像是尝试穿一双虽然完美契合你的脚，却紧到足以压碎你脚踝的鞋子。该模型无法同时满足早期宇宙和近期宇宙的约束。

研究还探讨了宇宙是否可能具有某种曲率（如马鞍形或球形），而非平坦。即使他们允许这种额外的调节空间，DGP 模型仍然失败了。数据表明存在微小的、轻微的曲率（值为 0.0088 ± 0.0016），但这种微调不足以挽救该理论。使用 DGP 模型的统计“惩罚”非常巨大——大到标准模型在压倒性优势下仍是首选。

一项特定测试：声速视界

分析中一个棘手的部分涉及“声速视界”（sound horizon），它就像一把用来测量距离的宇宙尺子。研究人员测试了使用这把尺子的三种方式：

固定尺子： 使用标准长度。
自由尺子： 让长度随数据变化。
自洽尺子： 根据 DGP 模型本身的物理机制来计算长度。

当他们使用“自由尺子”时，DGP 模型突然看起来与局部宇宙速度测量值（73.57 ± 1.10 km s⁻¹ Mpc⁻¹）相匹配。然而，作者警告说，这是一种陷阱。为了得到这个结果，该模型必须发明一个极其弯曲的宇宙，而这在物理学上是讲不通的。一旦他们强迫模型保持物理上的自洽（使用“自洽尺子”），速度就跌回了 64.05 ± 0.27 km s⁻¹ Mpc⁻¹，张力也随之回归。这证明了“自由尺子”表现出的成功仅仅是一个数学漏洞，而非真正的解决方案。

底线

论文得出结论：尽管关于引力向五维海洋泄漏的 DGP 框架是一个迷人的想法，但它目前已被高精度数据所否定。它无法在不产生新问题的情况下解释宇宙的膨胀历史。从减速宇宙到加速宇宙的转变在 DGP 模型中发生得要晚得多（在红移为 0.41 时），而标准模型则是在约 0.67 时发生，这表明“引力泄漏”引擎的动力太弱，不足以驱动我们观察到的宇宙加速。

简而言之：宇宙正在膨胀，虽然引力向五维海洋泄漏是一个很酷的概念，但来自 DESI 和其他望远镜的最新测量结果表示：“抱歉，我们的气球并不是这样膨胀的。”标准模型依然是冠军，而 DGP 模型则被留在了替补席上。

技术摘要：结合 DESI DR2 2025 数据对 DGP 模型的宇宙学约束

问题陈述
宇宙的晚期加速仍是一个核心谜题。虽然标准 $\Lambda$ CDM 模型将其归因于宇宙学常数，但该模型面临着显著的理论挑战，包括宇宙学常数问题，以及早期宇宙约束（Planck）与局部距离阶梯测量之间持续存在的 $\sim 5\sigma$ 哈勃张力。修改引力理论，如 Dvali–Gabadadze–Porrati (DGP) 膜宇宙模型，提供了一种替代性的几何解释，即引力在大尺度上“泄漏”到额外维度中，从而在没有宇宙学常数的情况下驱动加速。然而，以往对 DGP 框架的约束受限于早期观测目录的统计不确定性和红移覆盖范围。本研究旨在探讨当面对具有前所未有精度的暗能量光谱仪（DESI）第二阶段数据发布（DR2）时，DGP 模型是否能提供一致的宇宙演化描述。

方法论
作者通过一个统一的数据集对平坦和非平坦 DGP 模型进行了系统的联合似然分析，该数据集包括：

DESI DR2 BAO： 来自超过 1400 万个星系和类星体的重子声波振荡（BAO）测量值（ $z \approx 4.2$ ）。
宇宙计时器 (CC)： 通过 32 个被动演化星系对哈勃膨胀率 $H(z)$ 进行的直接测量。
Ia 型超新星 (SNIa)： 用于作为标准烛光的 Pantheon 样本（1048 个 SNIa）。
CMB 距离先验： 来自 Planck 2018 的压缩似然值（位移参数 $R$ 、声学尺度 $l_A$ 和重子密度 $\omega_b$ ）。

一个关键的方法论特征是对声速标尺（sound horizon）进行了自洽处理。作者并未将拖拽时期（drag epoch）的声速标尺 $r_d$ 固定为标称值，而是在 DGP 框架内对其进行动态计算，以确保 CMB 和 BAO 部分之间的一致性。分析采用了蒙特卡洛马尔可夫链（MCMC）方法，并在参数（ $\Omega_m, \Omega_{rc}, H_0, \Omega_k, \Omega_b h^2$ ）上采用均匀先验。模型性能通过最小 $\chi^2$ 统计量和赤池信息准则（AIC）进行评估，用于将 DGP 与标准 $\Lambda$ CDM 基准进行比较。

主要贡献

更新的约束： 本文利用最新的 DESI DR2 数据提供了迄今为止对 DGP 参数最严格的约束，与之前的研究（例如，相比于文献 [45] 将 $\Omega_{rc}$ 的精度提高了约 5 倍）相比，显著缩小了误差范围。
声速标尺校准分析： 研究明确调查了声速标尺处理方式（ $r_d$ 固定 vs 自由 vs 自洽的 $r_d=r_s$ ）的影响。研究表明，将 $r_d$ 作为自由参数会人为地抬高 $H_0$ 和曲率，以匹配局部测量值，但这违反了与早期宇宙物理的一致性。
动力学演化： 作者重建了减速参数 $q(z)$ 和转变红移 $z_t$ ，提供了 DGP 与 $\Lambda$ CDM 膨胀历史的动力学比较。

结果

参数约束：
- 非平坦 DGP： $H_0 = 64.05 \pm 0.27$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ ， $\Omega_m = 0.3264 \pm 0.0043$ ， $\Omega_k = 0.0088 \pm 0.0016$ （表明存在 $\sim 5.5\sigma$ 对开放宇宙的偏好），以及转变红移 $z_t \simeq 0.41$ 。
- 平坦 DGP： $H_0 = 63.28 \pm 0.25$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$ 且 $\Omega_m = 0.3303 \pm 0.0036$ 。
哈勃张力： 在两种情形下，推导出的 $H_0$ 均显著低于 Planck $\Lambda$ CDM 值（ $67.4 \pm 0.54$ ）。因此，DGP 框架未能缓解哈勃张力；相反，它加剧了与局部距离阶梯测量的差异。
模型比较： DGP 模型受到强烈反对。相对于各自的 $\Lambda$ CDM 基准，其 $\Delta$ AIC 值分别为 $+101.821$ （非平向）和 $+155.253$ （平坦）。这种巨大的统计惩罚主要是由于 DGP 模型无法同时兼顾 DESI BAO 和 CMB 距离先验。
动力学： DGP 模型预测的宇宙加速起始时间较晚（ $z_t \approx 0.41$ ），相比之下 $\Lambda$ CDM 为 $z_t \approx 0.67$ ，这意味着在低红移处具有更弱的晚期加速和系统性更高的减速参数 $q(z)$ 。

意义与主张
论文得出结论，在精密宇宙学时代，标准的 DGP 框架无法同时满足早期和晚期宇宙的观测约束。虽然该模型提供了暗能量的一种几何替代方案，但在以自洽方式结合 CMB 先验后，高精度的 DESI DR2 数据排除了 DGP 方案作为当前宇宙学张力可行解的可能性。作者断言，该模型引入的是额外的矛盾，而非解决现有的问题。这项工作作为一个综合评估，证明了 DGP 膜宇宙场景中固有的修改膨胀历史不足以解释当前的宇宙学观测，除非进行显著的理论改进或扩展。

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