也许 20 世纪末和 21 世纪初天体物理学的最大成就是整个宇宙的“共识模型”的到来：Lambda-CDM (ΛCDM) 宇宙学。对于无数代人类来说，我们对以下问题感到惊讶：
- 什么是宇宙？
- 它是由什么组成的？
- 观察到的极限能持续到什么程度？
- 它是如何出现的，多久以前出现的？
- 它是如何成长为今天这个样子的？
- 而它的最终命运又会如何呢？
今天，在对整个宇宙历史上的星系进行了前所未有的测量、在微波波长下对宇宙进行了全天成像以及整个宇宙中成千上万的超新星和其他瞬态事件之后，我们终于找到了这些问题的答案。我们的宇宙由 68% 的暗能量、27% 的暗物质和仅 5% 的“正常物质”组成，始于约 138 亿年前的一次热大爆炸中的一个小而致密、几乎完全均匀的状态，并且已经形成从那时起，它就一直在膨胀、冷却和引力。
至少，这是共识。最近，对这一图景的挑战引起了一些公众的关注，基于最近发表的一篇论文，该论文声称宇宙实际上有 267 亿岁，而不是 138 亿岁。让我们并排看看这两个理论，并分析什么是真实的，什么是我们需要真实的，以便真正确定宇宙的年龄。
不同的假设
每当你得到一个科学理论时，你都必须问自己，“它背后的假设是什么？”对于宇宙学标准模型 ΛCDM，假设是：
- 物理定律由广义相对论（对于重力）和粒子物理标准模型（对于其他三种基本力）给出，
- 如果您在最大的宇宙尺度上检查宇宙，则宇宙在所有方向上大致相同（各向同性）并且在所有位置上都大致相同（同质），
- 而且，除了构成我们传统的物质和辐射概念的已知粒子之外，还存在某种形式的暗物质和某种形式的暗能量，这两者都有助于宇宙的膨胀，而且暗物质不仅有助于宇宙的膨胀参与但主导大规模结构的形成。
然而，在广义相对论和粒子物理学中，有一些未阐明的假设对于这些理论来说是如此基础，以至于它们甚至从未被谈论过：物理的基本定律在任何地方和任何时候都是相同的，基本常数是真正恒定，并且真空对穿过它的光的唯一影响是光的波长：通过相对速度引起的多普勒频移、时空曲率引起的引力红移以及由于时空曲率引起的宇宙学红移的组合宇宙的膨胀。
另一方面，由备受争议的科学家Rajendra Gupta提出的新想法保留了大部分相同的假设，但提供了一些微妙但重要的变化。
首先，不假设只有多普勒频移（发光源和吸收光的观察者的相对运动）、引力偏移（发射源和吸收光的观察者之间的时空曲率差）和宇宙学转变（当行进的光通过其传播的时空扩展而被拉伸到更长的波长）时，古普塔还预设了著名天文学家弗里茨·茨维基（Fritz Zwicky）于 1929 年首次提出的一个想法：疲劳光假说，或者光的概念，当它穿过空间时，本质上会“辐射”并在传播过程中失去能量，在到达观察者之前变得“疲倦”。
其次，古普塔没有采用物理定律及其背后的基本常数随时间恒定的标准假设，而是引用了其他人之前探索过的假设：基本常数 c（光速）、ℏ（普朗克常数） ）和G（万有引力常数）实际上并不是随时间变化的常数，而是变化的。特别是，它们以一种特殊的方式变化——一起改变——因此，当我们观察更早、更遥远的星系时，控制原子跃迁和我们最终观察到的发射/吸收线的这些常数的组合不会改变在不断膨胀的宇宙中。
共同点和不同点
科学的显着特征之一是，如果你有多个不同的模型，并且这些模型具有不同的基本假设，那么就有一种科学的方法来判断哪个模型更优越。它不是看个人喜好、优雅、美观或简单。相反，我们必须评估两个关键问题。
- 哪种理论的自由参数较少？
- 哪种理论更适合有关宇宙的全套数据？
我们关注自由参数数量的原因很简单：一种可以做出与另一种理论相同的预测但需要较少假设或所需输入的理论是一种优于需要更多假设、所需输入或自由参数的物理理论。早期，太阳系的地心和日心模型具有相同数量的自由参数，因为这两种想法都需要提供一系列轨道参数来描述每个行星；如果发现一颗新行星，如果不添加这些新参数，这两个模型都无法预测其运动。
然而，当牛顿引力出现时，“自由参数”的数量急剧下降。行星的轨道速度、距太阳的距离以及天空中的运动都与控制太阳系中物体动力学的潜在力（重力）相关。用更少的自由参数提高预测能力始终是我们走在正确轨道上的科学指标。
但查看全套数据也非常重要，而不是仅查看易于符合您的模型或首选理论的数据片段。为了被认为是成功的，你必须考虑到我们在所有尺度上观察到的一切，从亚原子尺度到宇宙尺度，都与你关于宇宙如何运作的理论一致，而不是相冲突。
值得赞扬的是，古普塔在他的论文中探讨了这个难题的几个重要部分。他研究了在各种宇宙距离处看到的超新星的推断距离，并表明它们不仅与标准宇宙学模型（ΛCDM）一致，而且还与包含“疲劳光”（他认为是“疲劳光”）的ΛCDM版本一致。称为ΛCDM+TL），具有共变耦合常数的模型（Gupta 称为CCC），以及具有共变耦合常数和疲劳光的模型（CCC+TL）。
虽然是的，他在他的理论中包含了两个额外的自由参数，而不是标准的 ΛCDM，它们以宇宙的“疲倦光”分量的形式以及一组共变耦合常数的形式存在，这仍然与我们的一致。观察了距离、红移和亮度在膨胀的宇宙中如何出现。
此外，古普塔还指出，除了ΛCDM宇宙学中的标准成分之外，通过单独引入疲倦光，他得出了一个在非常高的红移（对应于很远的距离）下老化得慢得多的宇宙。标准的 ΛCDM 宇宙自热大爆炸以来仅经历了 138 亿年，而具有疲倦光的 ΛCDM 宇宙则大约有 60 亿年的历史：最高达约 19 亿年。此外，大部分衰老都会很早就出现。虽然在哈勃极限和 JWST 能力边缘附近看到的星系，在 z = 10 的红移下，在 ΛCDM 中只有约 4 亿年的年龄，但在 ΛCDM 中，在疲倦光下，它们的年龄约为 20 亿年。
此外，通过引入共变耦合常数和疲劳光，他可以将宇宙的总年龄增加到惊人的 267 亿年。当红移 z = 10 时，宇宙的年龄不再是约 4 亿年甚至约 20 亿年，而是约 60 亿年：一个令人印象深刻的大数字。
古普塔认为，虽然詹姆斯韦伯太空望远镜向我们展示了比我们早期预期的更明亮、质量更大、进化程度更高的星系，但他修改后的宇宙学，加上疲倦的光线和不同的耦合常数，这些星系突然与期望。
为了证明古普塔是正确的，需要什么是正确的？
但正如我们之前所说，科学不仅仅是关注支持你的解释的数据点。这就是我们所说的“挑选樱桃”，这肯定会导致我们得出有偏见的结论。如果“光在穿越宇宙时变得疲倦”和/或随着宇宙的演化“基本常数发生了变化”，就会出现一些关键证据。它们会以非常有说服力的方式出现，我们实际上可以在查看宇宙本身在这些方面呈现的证据之前列出其中的一些。以下是其中四个最重要的。
#1：疲倦的光线会给遥远的星系带来“模糊效果”。
当兹威基于 1929 年首次提出累光想法时，它是少数几个在提出时还不可行的天文学想法之一。原因？兹威基本人甚至在发表这个想法之前就认识到，如果有某种东西导致光变得疲倦——也就是说，有某种东西与它相互作用并导致它失去能量——那么更远的物体不仅会显得更红，因为它们的光损失的能量会将其降低到更长的波长，但也会显得更模糊。事实上，那些更远的物体会比观测所允许的程度更加模糊。
在上图中，您可以看到两个物体：一个是红移相对较浅的巨大前景物体，另一个是红移较高的更远的背景物体。如果“疲劳光”场景在导致这些物体的红移中发挥了任何作用，那么距离越远的物体就会变得越严重模糊。然而，在这张照片以及其他同时显示附近和高红移物体的图像中，从未观察到这种模糊现象。我们看的距离越远，宇宙并不会变得“越模糊”；相反，宇宙会变得越来越“模糊”。我们的望远镜和天文台的光学极限表明，观测到的红移约 100% 是宇宙性的。
#2：疲倦的光会消除宇宙时间膨胀。
这是一个我们不经常考虑的事实：物体的光红移越多，远处的观察者看到相同数量的发射波长所需的时间就越长。红移为 z = 1 的物体的波长将比此时处于红移 z = 0 的物体拉伸 100%。为了让相同数量的波浪“波峰”和“波谷”经过我们身边，因为它们到达的频率只有一半，所以我们必须等待两倍的时间。这产生了一个非常有趣的含义：当我们观察遥远的高红移宇宙时，我们应该看到那些遥远的物体表现出宇宙时间膨胀：从我们的角度来看，它们的时钟似乎运行得很慢。
我们已经在各种宇宙物体中看到了这一点，包括遥远的超新星，超新星的红移越多，它的光曲线在时间上“拉伸”得越
多。最近通过观察一类物体（类星体），在更大的红移中证实了这一点，类星体似乎以规则的周期“滴答作响”。一直追溯到宇宙年龄不到 10 亿年的时候，100% 的红移似乎又是宇宙学的，并且这些类星体显示出的时间膨胀量与我们标准 ΛCDM 宇宙学预测的量完全一致。由于没有观察到任何差异，任何红移都不能归因于“疲倦的光”。
#3：疲劳的光会改变宇宙微波背景的（热、黑体）光谱。
这是一个非常非常大的一个。虽然我们正在观察的星系达到了 z = 13 的“适度”红移，这是当前宇宙记录保持者目前所在的位置，但宇宙微波背景以 z = 1089 的巨大红移发射回来，当宇宙只有 38 万年的历史（根据标准 ΛCDM）。当光由于宇宙膨胀而红移时，它保持其黑体特征：光子分布的光谱保持热平衡。然而，光子的数密度必须下降以匹配“较冷”的黑体，而在 ΛCDM 中，确实如此。
但如果光变得疲倦，构成宇宙微波背景的单个光子的能量仍然会下降，但数量密度不会改变。结果，作为宇宙背景出现的“疲劳光”的光谱将不服从黑体光谱。
然而，正如上图所示（使用美国宇航局旧宇宙背景探索任务的数据），宇宙微波背景是有史以来测量到的最完美的黑体！拯救“疲倦的光”宇宙学这一方面的唯一方法是观察宇宙微波背景的某种非黑体成分，但迄今为止，还没有观察到任何一种成分。
#4：不断演化的耦合常数不仅会影响遥远的宇宙，还会出现在地球上的实验室实验中。
但是我们可以对古普塔的第二个想法施加一组独立的约束：耦合常数随时间变化的概念。原子跃迁受两个基本常数c（光速）和ℏ （普朗克常数）的变化控制，而宇宙学变化则对G（引力常数）以及c和ℏ敏感。但在地球上，我们有独立的方法来独立检查这些常数，包括它们如何随着时间的推移而演变。实验室测量电子磁矩、氢的自旋翻转跃迁以及惯性质量与引力质量的等效性所有这些都提供了良好的约束，我们有一个更强大的约束来证明这些基本常数随时间的恒定性：地球唯一的天然核反应堆。
通过观察 17 亿年前地球上存在的自然条件下核反应是如何发生的，我们可以确定精细结构常数（取决于电子电荷、光速和普朗克常数）的变化较小每年不到 10 千万亿 (1016) 中的 0.3 份。从字面上看，这种约束比古普塔的“变化的基本常数”解释所要求的强数十亿倍。
正是由于这些原因，除其他外，我们可以压倒性地得出这样的结论：尽管古普塔的宇宙玩具模型可能很有趣，但就“疲倦的光”或“共变基本常数”而言，它在现实中没有基础很担心。对宇宙的观测，从聚焦的遥远星系到宇宙时间膨胀事件，再到黑体宇宙微波背景光谱，再到地球上的核反应堆，都表明这些想法与我们的实际情况并不相符。
探索或理论化可能很有趣，但归根结底，宇宙就是我们的实验室，无论它向我们揭示了自然的实际行为方式，我们都必须接受。宇宙可能还没有被完全了解，但根据现有证据，它的年龄肯定是138亿岁，绝对不可能是267亿岁。