我们宇宙的标准模型可能显示出一些裂缝。几个基本的宇宙学观测相互矛盾。例如，根据对大爆炸余热的观测，宇宙膨胀的速度似乎比正常速度快了10%。
随着我们对宇宙参数估计的改进，矛盾完全有可能会消失。但也有可能，矛盾不会消失，我们对宇宙的基本认识即将经历一次彻底的修正，也许会包括像原子、恒星和星系这样复杂的无形“黑暗”成分。
暗物质，暗能量和膨胀
宇宙学是终极科学。它讲述了宇宙的诞生、进化和命运。标准模型由几部分组成:大爆炸、暗物质、暗能量和膨胀。
首先，以宇宙大爆炸为例。天文学家可以看到，在一次巨大的爆炸之后，星系——银河系是宇宙的基本组成部分之一——正在相互远离。他们还观察到，宇宙被残余热——宇宙背景辐射——所渗透。
这两种观测结果一起告诉天文学家，宇宙在过去更小，更热。事实上，根据标准图像，宇宙在138.2亿年前诞生于一个极其炎热的火球中，从那时起就一直在膨胀，星系从冷却的碎片中凝结而出。
但基本的大爆炸图像需要一些额外的成分，因为它与观测相冲突。首先，也是最严重的，它预示着我们不应该存在。
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根据基本的大爆炸理论，当物质从原始火球中出现时，它传播得非常平滑。此后，密度略高于平均水平的区域会以更强的引力更快地吸引物质。这个过程的结果，类似于富人越来越富，就是我们今天看到的星系。问题是，要想聚集像银河系这么大的星系，需要138.2亿年以上的时间。
宇宙学家通过将不可见的暗物质与基本的宇宙大爆炸联系起来来解决这个问题。不可见的暗物质比可见的恒星和星系重六倍，其额外的引力加速了星系的形成。
基本的大爆炸理论与观测相冲突的第二个方面是，它预测宇宙膨胀应该会放缓。引力就像星系之间的弹性网，阻止了星系之间的碰撞。但在1998年，天文学家发现，与所有人的预期相反，膨胀正在加速。
他们通过将暗能量投射到基本的大爆炸中来解决这个问题，大爆炸是一种不可见的东西，充满了整个空间并具有排斥性引力。正是暗能量加速了宇宙的膨胀。
大爆炸的图景与观测相冲突的第三个原因是，宇宙各处的温度都是相同的——宇宙背景辐射的温度。温度是2.726K(绝对零度是0K)。在大爆炸的早期，现在天空中相对的区域距离太远，无法使它们的温度相等。
宇宙学家通过假设，早期的宇宙比预期的要小得多来解决这个问题。因此，它一定是在138.2亿年的时间里膨胀得更快，才达到现在的大小。
事实上，在宇宙诞生的第一秒，人们认为它经历了剧烈的膨胀，被比作氢弹爆炸。与之相比，当最初的“膨胀”失去动力时，“大爆炸”膨胀就开始了。
好了。宇宙学的标准模型=大爆炸+膨胀+暗物质+暗能量。技术上，它被称为“Lambda-CDM”。虽然大爆炸+暴涨是隐含的假设，Lambda是暗能量的简写，CDM是冷暗物质的简写，“冷”意味着它的组成部分移动缓慢，因此重力可以将它们聚集成团。
冷暗物质有问题
λ - cdm与观测相冲突的第一种方式涉及星系团。根据冷暗物质模型，引力会导致暗物质在一定范围内聚集，包括比星系团小的范围。
后来，普通物质(形成恒星的物质)被拉进来。这些“亚晕”可能有很多恒星，但有些亚晕可能没有恒星，或者恒星太少以至于看不见。然而，有一种方法可以揭示它们。
一个由马西莫博士Meneghetti位于意大利博洛尼亚的国家天体物理研究所的研究员，用哈勃太空望远镜和位于智利的欧洲南方天文台的超大望远镜观测了11个星系团。他们研究了更遥远的星系的光，以及它是如何因经过不可见的亚晕而扭曲或“引力透镜”的。
令研究小组惊讶的是，亚晕的透镜效应比预期的要强得多，这表明它们非常致密。这与冷暗物质模型相冲突，冷暗物质模型认为亚晕应该更大。
“我们需要知道这种异常现象是由我们分析数据的方式还是我们进行理论预测的方式造成的，”Meneghetti说。“如果我们不能解释它，唯一的选择将是修改模型。”
一种可能性是暗物质并非由我们所认为的组成。最有利的候选者是质量大、相互作用弱的粒子，它们只通过引力与普通物质相互作用。这种弱相互作用的大质量粒子(wimp)不是粒子物理标准模型的一部分，而是由一种名为“超对称”的推测理论预测出来的。
“也许暗物质是由粒子组成的，它们以不同的方式与大质量弱相互作用粒子相互作用，”Meneghetti说。“可能的替代品包括一种被称为‘无菌中微子’的新型中微子，另一类被称为‘轴子’的粒子，甚至是原始中微子黑洞就在宇宙大爆炸之后形成的。”
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平滑物质的平滑度
Lambda-CDM和观测之间的第二个冲突涉及到物质在大尺度上的块状性。
一个由柯恩教授Kuijken荷兰莱顿天文台的研究人员在欧洲千度调查(KiDS)最新发布的数据中观察了3100万个极暗星系的分布。KiDS合作项目使用了智利的超大望远镜巡天望远镜观测了两大片天空。
具体来说，Kuijken的团队观察了这些星系的光是如何被它们和地球之间的物质引力透镜化的，从而使其分布成为可能。
发现重要传播8.3%比冷暗物质模型预测的平滑,这需要非常小的密度变化宇宙大爆炸后不久,揭示了宇宙背景辐射,并计算出这些是如何增强重力在过去的138.2亿年里。
同样，如果对数据进行更好的分析，或者对冷暗物质模型进行修改，这种异常现象可能就会消失。或者，它可能告诉我们，这个模型从根本上是错误的。
测量哈勃常数
Lambda-CDM和观测之间的第三个冲突，被称为“哈勃张力”，涉及到哈勃常数，一个测量宇宙当前膨胀率的指标。有两种方法来衡量它，它们是相互矛盾的。
一种方法是观察天空中宇宙背景辐射温度的细微变化。这些是在时间开始时，物质和辐射的“流体”在辐射上留下的印记，当时辐射像宇宙大小的浴缸中的水一样晃动。
从这些晃动模式中提取出所有关键的宇宙学参数是可能的。例如，欧洲普朗克卫星发现，宇宙中有4.9%的原子物质，26.8%的暗物质和68.3%的暗能量。
至关重要的是，这些观测也揭示了早期宇宙中的哈勃常数，这可以推断到现在。问题就在这里:外推的值比今天观测到的哈勃常数大约小10%。
要记住的关键是，从宇宙背景辐射推导出的哈勃常数是非常精确的，因为物理学很简单，也很容易理解。但在今天的宇宙中，对哈勃常数的测量更加粗糙，也充满了问题。
这些测量包括寻找被认为始终具有相同固有光度的物体，如造父变星和1a型超新星。就像标准的100瓦灯泡在午夜穿过田野一样，这种“标准蜡烛”通过它们的相对亮度来显示它们的相对距离。
问题是，这类恒星的物理原理还没有被很好地理解，而且可能不像我们希望的那样标准。所以，这些测量标准蜡烛距离的方法可能是错误的，因为它们被宇宙膨胀拖离我们，最终会产生一个哈勃常数，与宇宙背景辐射一致。
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一个全新
另一方面，自然也可能告诉我们一些关于宇宙的新东西。“‘宇宙学的标准模型’是对无知的承认，”他承认亚伯拉罕·勒布教授哈佛大学的。
“我们把性质不明的成分称为‘暗物质’和‘暗能量’。因为我们不知道它们是什么，所以这是一个非常粗糙的模型，很容易将现实过度简化。”
勒布指出，暗物质可能不是由一种暗物质粒子组成的流体。他说:“暗物质可能不是单一的粒子，而是不同质量和相互作用的粒子的混合物。”暗物质可能很复杂，就像普通物质一样，它是由夸克和电子组成的，由92种自然存在的元素组成。
此外，暗物质粒子可能以复杂的方式表现。例如，它们可能会随着宇宙年龄的增长而衰减，降低它们的引力，从而停止宇宙膨胀。这样一个宇宙膨胀率的提升将会缓解哈勃张力。
一种可能的确认或反驳哈勃张力的方法是用“标准的汽笛”而不是标准的蜡烛。引力波是类似于声波的时空振动，中子星的合并被认为是标准的警报器，就像灯塔的雾笛一样。声音越小，警报就越远。
“引力波源为解决我们目前所拥有的不确定性提供了最可靠的方法，”Loeb说。希望这些技术能证明目前不同观测结果之间的矛盾是否真实存在。
宇宙学的标准模型相对简单，尽管它有许多看不见的组成部分。但它的简单可能会让我们对可能更复杂的现实视而不见。“大自然，”勒布警告说，“没有义务遵守最简单的版本。”
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