導(dǎo)言：宇宙學(xué)研究仍面臨許多未解之謎，例如暗能量的本質(zhì)和哈勃常數(shù)危機(jī)。未來(lái)，大視場(chǎng)快速射電暴巡天與強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)的協(xié)同觀測(cè)有望同時(shí)解答這兩個(gè)問(wèn)題 [1]。就像打撲克牌一樣，逐張出牌往往難以取勝，只有巧妙組合多張手牌，才能在這場(chǎng)與上帝的博弈中贏得主動(dòng)。因此，通過(guò)聯(lián)合多種觀測(cè)手段打造探索晚期宇宙的精確探針，可以整合不同探針的優(yōu)勢(shì)，打破各種物理效應(yīng)之間的簡(jiǎn)并，并深入揭示宇宙的真實(shí)規(guī)律，最終迎來(lái)觀測(cè)和理論研究中的“宇宙和諧”(cosmic concordance)。
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精確時(shí)代
“我好像是一個(gè)在海邊玩耍的孩子，為發(fā)現(xiàn)一塊光滑的鵝卵石或一片美麗的貝殼而欣喜，而真理的海洋仍在我面前未被探索”。牛頓在生命的晚年曾謙遜地說(shuō)道。
人類(lèi)對(duì)真理的探索自文明誕生之初從未停息，而對(duì)宇宙的認(rèn)知也在不斷拓展：愛(ài)因斯坦1915年提出廣義相對(duì)論，為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定時(shí)空幾何的理論基石；弗里德曼1922年從愛(ài)因斯坦方程中推導(dǎo)出宇宙的動(dòng)力學(xué)解；哈勃1929年通過(guò)觀測(cè)星系退行現(xiàn)象，證實(shí)宇宙正在膨脹；伽莫夫、阿爾費(fèi)與赫爾曼1948年完善了熱大爆炸理論框架；古斯1980年提出暴脹理論，以解決早期宇宙的視界與平坦性疑難；珀?duì)栺R特、施密特與里斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在1998年通過(guò)Ⅰa型超新星（SN Ia）觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹，開(kāi)啟暗能量研究的大門(mén)。
21世紀(jì)初，人們欣喜地發(fā)現(xiàn)新建立起來(lái)的“標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型”——宇宙學(xué)常數(shù)冷暗物質(zhì)模型（簡(jiǎn)稱為ΛCDM模型），通過(guò)在愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程中引入一個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)Λ來(lái)描述暗能量，可以非常好地解釋各種宇宙學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)。宇宙學(xué)中最重要的觀測(cè)就是宇宙微波背景輻射（CMB）：在宇宙的早期，光子被禁錮在等離子體中，直到大爆炸后約38萬(wàn)年，混沌初開(kāi)，光子得以在宇宙尺度上自由傳播，構(gòu)成了今天觀測(cè)到的最早的光信號(hào) [2]。2018年，普朗克衛(wèi)星對(duì)CMB的溫度漲落進(jìn)行了精確測(cè)量，將ΛCDM模型6個(gè)基本參數(shù)中的5個(gè)測(cè)到了1%以內(nèi)的精度。此后，宇宙的演化和結(jié)構(gòu)形成仿佛變得前所未有的清晰。
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陰云：暗能量和哈勃常數(shù)危機(jī)
然而，事情總比想象中復(fù)雜，或者說(shuō)充滿分歧。隨著天文觀測(cè)精度的不斷提高，標(biāo)準(zhǔn)模型無(wú)法完全精確地?cái)M合所有觀測(cè)結(jié)果，出現(xiàn)的不一致性愈發(fā)明顯。
暗能量被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的奇特能量，但其本質(zhì)仍有待理解。暗能量不同于普通物質(zhì)或暗物質(zhì)，它具有負(fù)壓的特性，既不發(fā)光也不吸收光，無(wú)法直接觀測(cè)，只能通過(guò)其對(duì)宇宙膨脹的影響間接推斷出來(lái)。要揭示其本質(zhì)，首先需要精確測(cè)量其狀態(tài)方程（即壓強(qiáng)與能量密度之比）。在ΛCDM模型中，它被認(rèn)為是不隨時(shí)間演化的宇宙學(xué)常數(shù)（等效于真空能密度）。然而，暗能量光譜巡天（DESI）項(xiàng)目的最新測(cè)量結(jié)果表明，暗能量很可能隨時(shí)間演化，并且在最高4.2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的置信水平下排除了宇宙學(xué)常數(shù) [3]。這表明最簡(jiǎn)單的暗能量候選者即宇宙學(xué)常數(shù)很可能已難以完全解釋當(dāng)前觀測(cè)，但我們?nèi)孕枰M(jìn)一步測(cè)量暗能量隨時(shí)間的演化以確認(rèn)當(dāng)前的結(jié)果以及深入理解暗能量的本質(zhì)。
哈勃常數(shù)作為宇宙學(xué)的首要參數(shù)，刻畫(huà)了當(dāng)前宇宙的膨脹速度，它也直接決定了時(shí)間和空間的絕對(duì)尺度。使用CMB數(shù)據(jù)在ΛCDM模型下得到的擬合結(jié)果為67左右，而在近鄰宇宙通過(guò)造父變星－SN Ia距離階梯得到的直接測(cè)量值為73左右，兩者達(dá)到4.8倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差 [4]，引發(fā)了所謂的“哈勃危機(jī)”。朝花夕拾，標(biāo)準(zhǔn)模型顯示出了嚴(yán)重的裂痕。過(guò)去10年間，宇宙學(xué)家們嘗試了不同的理論模型和獨(dú)立測(cè)量，仍未有效緩解這一危機(jī)（如圖1）。例如，擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)模型的研究試圖引入新物理參數(shù)使得早期宇宙擬合結(jié)果向近鄰宇宙結(jié)果靠攏。然而，在當(dāng)前觀測(cè)數(shù)據(jù)所構(gòu)建的緊致框架下，單一修改難以有效緩解這一矛盾，而多個(gè)修改又違背奧卡姆剃刀原則，其擬合結(jié)果在統(tǒng)計(jì)層面上不如標(biāo)準(zhǔn)模型，同時(shí)還會(huì)加劇其他測(cè)量的不一致性 [6]。
圖1：“哈勃危機(jī)”示意圖。過(guò)去十年間，科學(xué)家們嘗試了多種理論模型和獨(dú)立測(cè)量方法，期望緩解這一危機(jī)，但始終未能取得突破（圖片來(lái)源：Sunny Vagnozzi, 2023 [5]）
激辯，沉淀，共識(shí)。暗能量和哈勃常數(shù)危機(jī)已成為籠罩在當(dāng)前宇宙學(xué)上空的兩朵“烏云”?；蛟S正如牛頓所說(shuō)，我們所知的只是滄海一粟，而未知的卻是一整片汪洋……
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曙色：新興探針
確保理論的自洽性是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。當(dāng)不同觀測(cè)得出不一致的結(jié)論時(shí)，可能意味著我們對(duì)宇宙的思考存在誤解。若理解無(wú)誤，所有的天文觀測(cè)都應(yīng)指向同一個(gè)宇宙，并展現(xiàn)一致的物理規(guī)律，這一原則被稱為“宇宙和諧”。早在1995年，彼時(shí)宇宙加速膨脹還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，宇宙學(xué)家就在此愿景下聯(lián)合當(dāng)時(shí)的一些并不精確的觀測(cè)，成功預(yù)言了宇宙學(xué)常數(shù)的存在及其能量占比 [7]（如圖2）。
圖2：多種天文觀測(cè)的聯(lián)合在宇宙學(xué)研究中的重要性。在前精確宇宙學(xué)時(shí)代，通過(guò)幾個(gè)不精確觀測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析成功預(yù)言了宇宙學(xué)常數(shù)的能量約占宇宙總能量的70%，哈勃常數(shù)約為70 （左；Ostriker et al., 1995 [7]）。未來(lái)，在不依賴CMB觀測(cè)的情況下，聯(lián)合快速射電暴、引力波、強(qiáng)引力透鏡和重子聲學(xué)振蕩這些來(lái)自晚期宇宙的探針也可以實(shí)現(xiàn)精確宇宙學(xué)（右；Wu et al., 2023 [8]）
在利用觀測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量宇宙學(xué)參數(shù)時(shí)，往往面臨著嚴(yán)重的參數(shù)簡(jiǎn)并問(wèn)題。與在實(shí)驗(yàn)室中做物理實(shí)驗(yàn)不同，研究宇宙無(wú)法設(shè)定和控制實(shí)驗(yàn)的條件，只能以身入局，借助各種探測(cè)器被動(dòng)地接收宇宙信息，而這些信息往往是多種物理效應(yīng)的疊加，難以單獨(dú)測(cè)量某一特定效應(yīng)。例如，單靠早期CMB數(shù)據(jù)難以精確約束晚期參數(shù)（如暗能量），但結(jié)合重子聲學(xué)振蕩（BAO）和SN Ia等觀測(cè)則可有效打破這種簡(jiǎn)并，大幅提高測(cè)量精度。
因此，無(wú)論是“宇宙和諧”理念的要求，還是打破參數(shù)簡(jiǎn)并以精確確定宇宙學(xué)參數(shù)的需要，都突顯了整合多種天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的重要性。這一過(guò)程類(lèi)似于撲克游戲——若逐張出牌往往難以取勝，只有巧妙組合多張手牌，才能在這場(chǎng)與上帝的博弈中贏得主動(dòng)。通過(guò)聯(lián)合多種觀測(cè)手段打造探索晚期宇宙的精確探針，正是解答暗能量本質(zhì)和“哈勃危機(jī)”等問(wèn)題的關(guān)鍵所在 [8,9]。在未來(lái)，每一種新的觀測(cè)手段都可能帶來(lái)突破性的進(jìn)展。除了傳統(tǒng)的光學(xué)星系巡天觀測(cè)以外，靈敏的射電觀測(cè)有望在未來(lái)的宇宙學(xué)研究中發(fā)揮重要作用。
接下來(lái)的章節(jié)將介紹快速射電暴及其相關(guān)的引力透鏡事件，它們有機(jī)會(huì)成為未來(lái)宇宙學(xué)研究的重要工具。
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火流虹：快速射電暴的色散測(cè)量
在《上帝擲骰子嗎？——量子物理史話》一書(shū)中，作者圍繞著光的波動(dòng)性和粒子性之爭(zhēng)展開(kāi)論述，并介紹了牛頓的色散實(shí)驗(yàn)——光穿過(guò)三棱鏡被分解為不同波長(zhǎng)的單色光。該實(shí)驗(yàn)于1704年發(fā)表在牛頓的劃時(shí)代巨著《光學(xué)》中。如今，人們的研究從牛頓悶熱漆黑的實(shí)驗(yàn)室搬到浩瀚的宇宙，研究波段也從可見(jiàn)光延伸到手機(jī)通信和Wi-Fi等無(wú)線電波段。在宇宙深處，一種于2007年偶然發(fā)現(xiàn)的神秘射電天文現(xiàn)象——快速射電暴展現(xiàn)出了顯著的色散效應(yīng)，表明其來(lái)源于遙遠(yuǎn)的宇宙深處 [10]（如圖3）。
圖3：色散現(xiàn)象（左），牛頓的三棱鏡實(shí)驗(yàn)，圖源網(wǎng)絡(luò)。宇宙中快速射電暴的傳播過(guò)程（右），圖片來(lái)源：Jingchuan Yu, Beijing Planetarium/NRAO
快速射電暴（FRB）是宇宙中最劇烈的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在毫秒級(jí)時(shí)間尺度內(nèi)可釋放出相當(dāng)于太陽(yáng)1年的輻射能量。其不同頻率的光子幾乎同時(shí)發(fā)出，但在傳播過(guò)程中，由于與等離子體相互作用，不同頻率的光子的速度不同，從而產(chǎn)生色散。頻率高的光子速度快，會(huì)先到達(dá)地球，通過(guò)測(cè)量不同頻率的光子到達(dá)地球的時(shí)間，就可以計(jì)算出FRB的色散量。一般來(lái)說(shuō)，距離越遠(yuǎn)的FRB發(fā)射源，其色散量越大。通過(guò)銀河系的自由電子密度分布模型和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果 [11]，可較好地區(qū)分FRB的色散貢獻(xiàn)，包括銀河系、星系際介質(zhì)（IGM）和宿主星系等部分。其中，IGM的色散量可用于指示宇宙學(xué)距離 [12,13]，進(jìn)而結(jié)合精確定位得到的宿主星系的紅移，通過(guò)色散-紅移關(guān)系（即麥夸特關(guān)系）約束宇宙學(xué)參數(shù) [14]。
FRB的起源仍不大清楚，當(dāng)前觀測(cè)仍處于“開(kāi)盲盒”的探索階段。在該領(lǐng)域，“中國(guó)天眼”FAST已取得世界領(lǐng)先的成果。據(jù)FAST估算，在其觀測(cè)閾值上每天約有10萬(wàn)例FRB在宇宙中爆發(fā)，這為宇宙學(xué)研究提供了充足的樣本支持[15]。未來(lái)，F(xiàn)RB有望成為精確的晚期宇宙學(xué)探針 [16]。理論模擬表明，上萬(wàn)個(gè)定位FRB即可有效打破CMB的宇宙學(xué)參數(shù)簡(jiǎn)并，對(duì)宇宙學(xué)參數(shù)的限制要顯著優(yōu)于CMB和BAO的聯(lián)合 [17]。在平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡（SKA）的時(shí)代，若能獲取百萬(wàn)量級(jí)的定位FRB數(shù)據(jù)，則可實(shí)現(xiàn)暗能量測(cè)量精度超越CMB+BAO+SN Ia聯(lián)合限制的水平 [18]。換言之，F(xiàn)RB在宇宙學(xué)測(cè)量中的統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)好比牌局中的“炸彈”，可超越普通“順子”的組合。
盡管FRB已展現(xiàn)出在暗能量測(cè)量方面的巨大潛力，但在面對(duì)上帝打出的另一張牌——“哈勃危機(jī)”時(shí)，卻顯得束手無(wú)策。盡管麥夸特關(guān)系中包含哈勃常數(shù)，其測(cè)量卻受到強(qiáng)烈的參數(shù)簡(jiǎn)并影響，因此FRB難以單獨(dú)對(duì)哈勃常數(shù)提供精確約束，除非依賴額外的假設(shè)條件（如早期的物理重子密度測(cè)量）。另一種可行方法是利用暫現(xiàn)源的強(qiáng)引力透鏡時(shí)間延遲來(lái)測(cè)量哈勃常數(shù)。
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光環(huán)深處：強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)的時(shí)間延遲測(cè)量
1919年，愛(ài)丁頓在一次日全食期間觀測(cè)到星光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)邊緣時(shí)的偏折現(xiàn)象，測(cè)得的偏折角與廣義相對(duì)論的理論預(yù)言相符，標(biāo)志著人類(lèi)首次觀測(cè)到引力透鏡效應(yīng)。根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)的存在會(huì)扭曲周?chē)臅r(shí)空，使經(jīng)過(guò)的光線發(fā)生偏折，此即引力透鏡現(xiàn)象。當(dāng)觀測(cè)者、透鏡天體和背景天體大致在一條直線上時(shí)，觀測(cè)源將被分成多個(gè)像。由于這些像的光程不同，它們到達(dá)地球的時(shí)間差稱為時(shí)間延遲。注意這個(gè)時(shí)間延遲是由引力效應(yīng)引起的，與前文提到的色散時(shí)間延遲有所區(qū)別。在宇宙尺度上，太陽(yáng)這樣的恒星質(zhì)量遠(yuǎn)不足以產(chǎn)生顯著的引力透鏡效應(yīng)。只有星系、星系團(tuán)等質(zhì)量極大的天體才能使背景點(diǎn)源出現(xiàn)多重像，從而形成強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)。其典型的“光環(huán)”形象可與《七龍珠》中的“龍珠”相類(lèi)比（如圖4）。
圖4：《七龍珠》動(dòng)漫中的人物形象及與引力透鏡現(xiàn)象相似的“龍珠”（左；圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）。最新觀測(cè)到的超新星透鏡系統(tǒng)SN Ia Zwicky（右；圖片來(lái)源：Goobar et al., 2022 [19]）
1980年，人們首次證認(rèn)了強(qiáng)透鏡類(lèi)星體系統(tǒng)Q0957+561。至今，已有上百個(gè)強(qiáng)透鏡化類(lèi)星體系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)，而只有部分系統(tǒng)的時(shí)間延遲被精確測(cè)量。探尋一個(gè)系統(tǒng)并精確測(cè)定其時(shí)間延遲的過(guò)程極為繁復(fù)，時(shí)間延遲往往介于數(shù)日至一年之久，這就需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)得到不同像的光變曲線，并測(cè)量它們之間的整體平移，最后利用特定算法推測(cè)出時(shí)間延遲的值 [20]。1964年，雷夫斯達(dá)爾提出利用透鏡系統(tǒng)的時(shí)間延遲可測(cè)量哈勃常數(shù)[21]。近年來(lái)，H0LiCOW、TDCOSMO等項(xiàng)目已利用強(qiáng)透鏡類(lèi)星體系統(tǒng)對(duì)哈勃常數(shù)進(jìn)行了獨(dú)立測(cè)量，其精度達(dá)到個(gè)位數(shù)百分比，但仍受限于mass-sheet簡(jiǎn)并和微透鏡效應(yīng)等系統(tǒng)誤差 [22]。
隨著時(shí)域天文學(xué)的發(fā)展，其他透鏡化的暫現(xiàn)源如超新星、FRB也逐漸成為研究焦點(diǎn)。在宇宙學(xué)應(yīng)用方面，相較于透鏡化類(lèi)星體，暫現(xiàn)源具有天然的優(yōu)勢(shì)。首先，F(xiàn)RB的信號(hào)持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)短于典型的時(shí)間延遲尺度，因此時(shí)間延遲的測(cè)量幾乎沒(méi)有誤差。另外對(duì)于暫現(xiàn)源來(lái)說(shuō)，可在其爆發(fā)前或爆發(fā)后觀測(cè)到宿主星系的透鏡化光弧。相比透鏡化類(lèi)星體的圖像，該圖像不受亮源（如活動(dòng)星系核）干擾，因此更加清晰完整，有利于更準(zhǔn)確地對(duì)透鏡質(zhì)量分布進(jìn)行建模 [23]。研究表明，通過(guò)10例強(qiáng)透鏡FRB事件可精確限制哈勃常數(shù)，達(dá)到小于1%的精度 [24]（見(jiàn)圖5）。
圖4：未來(lái)僅使用10例強(qiáng)透鏡化的快速射電暴即可精確測(cè)量哈勃常數(shù)。這表明透鏡化暫現(xiàn)源相比透鏡化類(lèi)星體具有顯著的優(yōu)勢(shì)（圖片來(lái)源，Li et al., 2018 [23]）
強(qiáng)引力透鏡化的事件在宇宙中非常罕見(jiàn)，即使對(duì)于事件率頗高的FRB而言，直到現(xiàn)在，人們?nèi)晕赐耆C認(rèn)一例透鏡化FRB事件。經(jīng)計(jì)算，其探測(cè)概率也只有萬(wàn)分之一，甚至更低。但幸運(yùn)的是，未來(lái)的LSST和CSST等大型光學(xué)巡天項(xiàng)目將觀測(cè)到數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的強(qiáng)透鏡化系統(tǒng)，為射電頻段的透鏡FRB搜尋提供了豐富的候選樣本。目前的射電望遠(yuǎn)鏡難以持續(xù)監(jiān)測(cè)同一片足夠大的天區(qū)，而未來(lái)具備大視場(chǎng)、高靈敏度、高分辨率的射電陣列，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的全天監(jiān)測(cè)以捕捉到這些轉(zhuǎn)瞬即逝的透鏡化信號(hào)，預(yù)計(jì)可探測(cè)并精確定位5萬(wàn)到10萬(wàn)例FRB，其中約有5至40例為強(qiáng)透鏡事件，為宇宙學(xué)研究帶來(lái)重要機(jī)遇 [25]。
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統(tǒng)一：FRB作為探索晚期宇宙的精確探針
從以上兩方面來(lái)看，透鏡化FRB事件可通過(guò)精確的時(shí)間延遲測(cè)量來(lái)約束哈勃常數(shù)，但對(duì)其他參數(shù)不敏感；而大量未透鏡FRB事件的色散觀測(cè)則可有效約束除哈勃常數(shù)外的其他參數(shù)（如暗能量狀態(tài)方程）。結(jié)合這兩種觀測(cè)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。那么，未來(lái)的大視場(chǎng)FRB巡天與強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)的協(xié)同觀測(cè)，能將哈勃常數(shù)和暗能量測(cè)量到什么程度呢？我們對(duì)此進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并分析比較了不同探針組合的限制能力。
在“斗地主”撲克游戲中，單張需用單張應(yīng)對(duì)，雙張只能用雙張壓制，有著規(guī)則帶來(lái)的局限。同理，宇宙學(xué)研究中觀測(cè)數(shù)據(jù)往往對(duì)某些參數(shù)敏感，而對(duì)另一些參數(shù)則力不從心，難以突破參數(shù)簡(jiǎn)并性的規(guī)則，導(dǎo)致參數(shù)空間存在較大的不確定性區(qū)域。若限制越嚴(yán)格，參數(shù)空間收縮得越小，從而更接近真實(shí)值。如圖5左，未透鏡和透鏡FRB事件正如灰色的“小王”和紅色的“大王”，各自在特定測(cè)量中很厲害，卻也受限于自身的物理特性。然而，當(dāng)兩者組合成一個(gè)“王炸”，便能打破規(guī)則，展現(xiàn)出強(qiáng)大的壓制力，遠(yuǎn)超它們各自單出的效果。
圖5：透鏡化與未透鏡FRB事件的結(jié)合可有效提升參數(shù)的限制精度（如哈勃常數(shù)），并在光學(xué)－射電多波段聯(lián)合巡天中發(fā)揮重要作用。圖中模擬了10萬(wàn)例未透鏡FRB和40例透鏡化FRB事件，以及1000例引力波事件。在最簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)暗能量模型下，該FRB觀測(cè)組合可將暗能量狀態(tài)方程限制到4.5%，哈勃常數(shù)限制到0.4%?！肮鈱W(xué)”代表當(dāng)前CMB+BAO+SN Ia 的數(shù)據(jù)組合（圖片來(lái)源：改編自Zhang et al., 2025 [1]）
為了檢驗(yàn)這一“王炸”的威力，我們將其與引力波探測(cè)進(jìn)行了對(duì)比。利用引力波標(biāo)準(zhǔn)汽笛的方法可有效測(cè)量哈勃常數(shù)，并與其他探針形成良好的互補(bǔ)性[26]。如圖5右，快速射電暴和引力波分別結(jié)合當(dāng)前光學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)后，光學(xué)－射電多波段聯(lián)合巡天方案在多個(gè)參數(shù)的限制能力上可媲美甚至優(yōu)于與光學(xué)－引力波聯(lián)合的多信使觀測(cè)。
因此，將FRB事件的這種普遍性和特殊性相統(tǒng)一，可以同時(shí)測(cè)量暗能量演化和哈勃常數(shù)，成為探索晚期宇宙的精確探針。未來(lái)大規(guī)模的光學(xué)巡天與射電探測(cè)的結(jié)合將推動(dòng)宇宙學(xué)的發(fā)展并助力破解關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
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新歷險(xiǎn)：上下求索，“蜀道”不難
“上有六龍回日之高標(biāo)，下有沖波逆折之回川”。李白在《蜀道難》中，以此感嘆蜀道的險(xiǎn)峻。這句詩(shī)是否蘊(yùn)含更深寓意，歷代有不同的解讀。人們探索宇宙的道路也堪比蜀道般崎嶇，需要上下求索。作些不恰當(dāng)?shù)谋扔鳎喝藗兺ㄟ^(guò)觀測(cè)早期宇宙的CMB，建立了僅六個(gè)基本參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，取得了“如日中天”的成就。而在晚期宇宙中，各種天體結(jié)構(gòu)孕育而生，觀測(cè)方式更是百花齊放——如脈沖星與快速射電暴、引力波、引力透鏡和重子聲波振蕩等探測(cè)手段，分別對(duì)應(yīng)“沖”、“波”、“逆折”和“回川”（如圖6）。宇宙之大，每幅景象鐘靈毓秀，每張“底牌”各有千秋。像CMB這樣的“王牌”還不足以獲得勝利，通過(guò)聯(lián)合多種觀測(cè)手段打造探索晚期宇宙的精確探針，才能在這場(chǎng)與上帝的博弈中贏得主動(dòng)，共同揭示暗能量和“哈勃危機(jī)”的真相，迎來(lái)觀測(cè)和理論宇宙學(xué)研究中的和諧圖景。
圖6：縱觀宇宙，上下求索。借用《蜀道難》的典故，列舉了部分描述宇宙膨脹的探針，并以撲克牌的形式標(biāo)注了序號(hào)。通過(guò)聯(lián)合多種探針，打出“牌型組合技”，可實(shí)現(xiàn)對(duì)宇宙的精確測(cè)量（圖片來(lái)源：張?bào)K國(guó)）
“夏蟲(chóng)不可語(yǔ)于冰，井蛙不可語(yǔ)于?！?。而人類(lèi)，雖也囿于時(shí)空的樊籠，其思想的光芒卻可闡發(fā)于宇宙每個(gè)時(shí)期和角落，莫不為最強(qiáng)大的探針。終有一天，當(dāng)我們回到童年歡坐的海邊，浪花朵朵，潮信涌來(lái)。拾起那本貝葉書(shū)翻至終頁(yè)，或許會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)——世界即是如此創(chuàng)造而成的。
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來(lái)源：現(xiàn)代物理知識(shí)雜志
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