几十年来，天文学家一直观察到宇宙正在以越来越快的速度膨胀。这种加速现象最初是在遥远爆炸恒星的光芒中被发现的，随后又通过大爆炸的微弱余晖以及星系聚集的方式得到了证实。解释这种加速现象的标准理论是一种被称为“暗能量”的神秘力量，它通常被想象成来自真空本身的一种恒定的推力。然而，这个想法给科学家留下了两个挥之不去的难题：为什么与简单物理学所预测的相比，这种推力如此微弱？以及为什么它似乎恰好在此时此刻——即物质逐渐消退之时——接管了宇宙？为了解决这些谜题，研究人员提出了许多替代方案，从不可见的场到引力定律的变化。一项新的研究提出了一条不同的路径，它不再关注新的场，而是关注空间本身的形状。
这项研究由来自印度和日本的大学研究人员开展，他们探索了宇宙中布满了被称为“虫洞”的微观隧道这一可能性。在理论物理学中，虫洞是连接空间中两个遥远点的捷径，由一种向外推而非向内拉的奇异物质维持开放。虽然这些隧道通常被视为局部的奇观，但该团队提出了一个大胆的问题：如果存在一个庞大的、不可见的虫洞网络，情况会怎样？如果这样一个网络均匀地分布在宇宙中，它的集体存在可以模拟暗能量的效果，在不需要任何新不可见物质的情况下驱动宇宙膨胀。
为了测试这个想法，该团队建立了一个随着宇宙膨胀而生长并变化的虫洞数学模型。他们从经典的虫洞描述开始，并将其改编为适用于平坦且膨胀的宇宙。他们工作的关键部分在于，如何将一个单一的、微小的隧道视为填充整个宇宙的流体。他们开发了一种方法，将这些虫洞的能量和压力在巨大的空间体积内进行平均。这个平均过程揭示了虫洞表现得像一种遵循特定规则的宇宙流体。团队发现，虫洞隧道随时间变化的规模与其特定的形状相结合，创造出一种单一且可预测的模式，决定了它们如何影响宇宙的膨胀。
当研究人员将他们的模型与现实世界的数据进行对比时，结果显示出惊人的一致性。他们使用三种主要的天文测量数据测试了该理论：揭示当前膨胀速率的古老星系年龄、冻结在星系分布中的声波，以及来自名为DESI的大规模新调查的高精度数据。该模型（包含一个代表虫洞的微小修正项）完美契合了所有这些数据集。它预测当前的宇宙膨胀率与目前的测量值一致，这一数值恰好处于困扰科学家多年的相互矛盾的测量值之间。该模型还正确识别了宇宙历史上从减速转向加速的时刻，这一转变发生在数十亿年前。
或许最令人兴奋的发现是，这个虫洞模型做出了一个标准暗能量理论无法做出的独特预测。研究表明，虫洞隧道本身的大小会随着宇宙的演化而改变。在早期宇宙中，这些隧道会更小、更密集，而随着空间的拉伸，它们一直在变得更大。这种尺寸的变化是虫洞几何结构的特定特征。如果未来的观测能够探测到这种特定的增长模式，它将提供一种方法，用以区分驱动宇宙的是简单的宇宙学常数，还是由这些奇异隧道构成的网络。这些发现并未证明虫洞的存在，但它们表明，如果虫洞确实存在，它们的集体行为能为加速膨胀的宇宙提供一种自然的、几何学的解释，且其对数据的拟合程度与领先理论一样出色。
技术摘要：演化虫洞宇宙学
问题陈述
本文探讨了标准 ΛCDM 宇宙模型面临的理论与观测挑战，特别是宇宙学常数问题（Λ 的精细调节问题）、巧合问题以及哈勃张力（即局部测量值与 CMB 推导值之间约 5σ 的差异）。虽然动力学暗能量和修正引力是常见的替代方案，但作者提出了一种几何方法：将大尺度时空拓扑本身视为宇宙加速的驱动力。具体而言，他们研究了嵌入在弗里德曼–勒梅特–罗伯逊–沃尔克（FLRW）背景中的可穿越虫洞网络，是否能集体修改弗里德曼方程，从而在不引入新标量场或人为设定流体的情况下模拟暗能量。
研究方法
作者构建了一个基于 Morris–Thorne 度规的宇宙学模型，并将其推广到包含时间依赖性和宇宙膨胀的形式。
- 度规设型（Metric Ansatz）： 他们采用了空间平坦的 FLRW 背景，并结合了一个球对称、随时间变化的虫洞喉部。线元由标度因子 a(t) 和可分离的形状函数 b(r,t)=b(r)g(t) 定义，其中 b(r) 描述径向喉部轮廓，g(t) 控制其演化。
- 形状函数： 主要分析使用幂律形状函数 b(r)=r0(r0/r)n，其中 n>0，并辅以其他参数化形式进行稳健性检查。时间因子建模为 g(t)=aγ(t)，其中 γ 决定了喉部相对于哈勃流的演化。
- 场方程： 作者计算了该度规的爱因斯坦张量，并推导出了与虫洞几何相关的修正能量-动量张量（Tμν）。至关重要的是，他们识别出由于空间度规前因子而产生的关于 a−2(t) 的显式依赖关系。
- 体积平均： 为了将局部、非均匀的虫洞几何连接到均匀的宇宙流体，他们对共动哈勃体积执行了体积平均程序。这产生了一个宏观能量密度 ⟨ρWH⟩，其随红移按 (1+z)β 比例缩放。
- 修正后的弗里德曼方程： 经过平均后的虫洞贡献项作为修正项进入弗里德曼方程，表示为 ΔWH(z)=α(1+z)β，其中 α 是无量纲密度参数，β 是由微观参数 n 和 γ 推导出的宏观指数。
- 观测约束： 该模型通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）分析，针对七种数据集组合进行了约束，包括宇宙计时器（CC）、标准重子声波振荡（BAO）以及 DESI 第二阶段发布（DR2）的 BAO 数据。约束参数包括 H0、Ωm、α 和 β。
核心贡献
- 宏观指数的推导： 本文提供了一个将微观几何参数与宏观膨胀行为联系起来的闭合形式推导：β=2n+23γ(n+1)。这确立了虫洞流体的行为表现为具有恒定状态方程 wWH=−1+β/3 的压强成分。
- 平均化与守恒性的自洽性： 作者证明了通过几何体积平均程序得到的指数 β，与协变守恒定律（ρ˙+3H(ρ+p)=0）所要求的指数完全一致，验证了可分离形状函数的构建。
- 可穿越性验证： 该模型满足所有可穿越性条件（喉部条件、喇叭口条件和渐近平坦性），并明确证实了在喉部处违反了零能量条件（NEC），这与可穿越虫洞对奇异物质的要求相符。
- 新颖的可观测物理量： 该模型预测了物理喉部半径演化的特定函数形式，r0(z)=r0,0(1+z)−γ，其中 γ=β/3。这提供了一个几何特有的观测手段，用以区分虫洞宇宙学与现象学暗能量参数化（如 w0waCDM）。
结果
- 参数约束： 对 CC、BAO 和 DESI 数据的联合拟合在所有数据集组合中均给出了一致的参数。最佳拟合值为 H0≈68.53 km s−1 Mpc−1，Ωm≈0.30，α≈0.018，以及 β≈1.59。
- 哈勃张力： 推导出的 H0 介于局部测量值（SH0ES）与 CMB 推导值（Planck）之间，这可能为解决哈勃张力提供部分方案。
- 状态方程： 有效暗能量的状态方程被发现为 weff(0)≈−0.98，在 z=2.5 时略微上升至 $-0.91。内在虫洞状态方程为w_{WH} \approx -0.47，使其处于暗能量范畴，但不同于纯宇宙学常数（w=-1$）。
- 减速-加速转变： 模型预测的转变红移为 zt≈0.66，与来自超新星数据的独立测定结果一致。
- 统计可行性： 虫洞模型的拟合效果与标准平坦 ΛCDM 模型相当（对于 CC 数据，约化 χ2 分别为 $0.56对比0.53）。虫洞贡献表现为一个微小的、次要的修正项（\alpha \sim 10^{-2}$），而非主导性的新效应。
意义与主张
本文声称，将“演化虫洞宇宙学”确立为一种并非投机性后设，而是植根于 Morris–Thorne 形式论、具有充分先例且经过同行评审的研究方向。其主要意义在于：
- 暗能量的几何起源： 它证明了可穿越虫洞网络的集体效应可以作为修改弗里德曼方程的来源，从而模拟暗能量，并直接从时空几何中推导出状态方程，而非假设新的场。
- 观测可区分性： 该模型提供了一个独特的、可测试的预测——喉部半径 r0(z) 的演化，这可以作为区分拓扑暗能量与标准流体参数化模型的判据。
- 理论自洽性： 该工作架起了局部虫洞物理（NEC 违反、奇异物质）与全局宇宙学之间的桥梁，展示了体积平均如何使局部能量条件的违反与全局一致的加速膨胀宇宙相调和。
作者得出结论，尽管目前虫洞贡献是一个扰动项，但该框架提供了一个稳健的、由几何驱动的替代方案，用以取代宇宙学常数，并且与当前的高精度宇宙学数据完全一致。
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