New Print on ‘Quantum Gravity meets DESI’
Published:
This page has a English version.
打个广告，我和蔡一夫教授组最新的文章 https://alphaxiv.org/abs/2504.07791
这篇文章的 idea 最初是由我提出，并且得到了蔡老师的认同和支持。项目开始后 Brandenberger 的介绍性文章被公布 [Rob2025], 这让我很高兴：这说明我们走在正确的道路上。
和蔡老师组的合作非常愉快；一周时间能够完成一篇PRD水平的文章我还是很满意的。宇宙学家出色的效率让人感到惊讶， 至少我们把一周能做的事情都做了。
简述一下这篇文章的动机: 当得知 DESI 2025的数据支持动态暗能量的时候，我其实非常不安。因为在弦唯像学的语境下，宇宙学常数 Lambda 总是被看作一个标量场 (所谓quintensense field) 的期望值；进一步地，在Distance Conjecture的语境中，我们总是被假设处于标量场的平坦模空间上 [HirosiVafa2006]。
但是最新的DESI 暗能量实验报告了如下两个事实: (i) 暗能量在变弱, 具体而言是密度参数w=P/rho<0在升高; 倘若把暗能量想象成一种负压物质，那么这意味着负压在减弱; 在某种意义上，暗能量变弱符合distance conjectures的预期[vafa2024], 但那指的是宇宙学常数的大小。而宇宙学常数——作为标量场期望值——其密度参数只能是w=-1! 另一方面，如果暗能量在缓慢变化，这意味着我们可能不在任何一种标量场的真空模空间上，而是在一个势坡上缓慢滚动!
(ii) 无论是DESI组使用的w0waCDM模型还是国台DESI合作组(赵公博等)使用的贝叶斯推理都报告了对w=-1 临界线的穿越行为 (甚至公博组的重构报告了反复穿越w=-1的现象)，这被称为Phantom Crossing, or Quintom Scenario.
然而 Quintom Scenario 在通常框架下至少有下述疑难: (i)普通物质场无法实现w<-1，除了具有错误动能项的phantom field，但幻影暗能量即便在经典水平都是不稳定的，更不用说量子化行为了； (ii) 对理想流体, w<-1意味着对零能条件(NEC)的违反，而NEC在GR中具有基本地位，没有NEC就没有奇性定理。如果大自然允许NEC违反，我们可能需要问原初黑洞(PBH)和虫洞能否形成的事情了。 (iii) 通常的动态暗能量只考虑单个标量自由度作为最简单的假设，而 Yi-fu 2015 及先前工作指出了如下事实: 单个标量场自由度无法实现Quintom Scenario. 这意味着弦唯像学社区基于先前LCDM宇宙学观测得到的天真信念[BoussoTASI2007]是有问题的。
因此，作为理论社区的一名学生，出于责任心，我对于DESI 的数据报告非常不安。作为形式理论学生的我急需来自宇宙学家的洞见，于是才有了这篇预印本的公布。
古人云 ‘文以载道’ ；通过这篇文章，我们试图呼吁形式理论学家更重视实验，尤其是面对实验上的观察上的挑战和困难 (例如NEC和Quintom Scenario)，一些更严肃但是更困难的话题是应当被考虑的。
之所以选择修改引力方案的原因是：相比于暗能量的标量场方案，时空的几何效应不是物质场，其等效势具有违反NEC的潜力。而现存的修改引力方案是我们在如此短的时间内能有的最好答案了。
在致谢中，秦埙作为合作组的一员对DESI实验的倾力宣传和慷慨分享，使作为形式理论学生的我注意到了最近的暗能量实验动向；课题组的任鑫博士对修改引力具有深厚功底和丰富研究经验，指引我们了解关于引力几何理论的现代理解；有次前往理论所听讲座，皮石老师告诉我少江老师对暗能量颇有研究，因此我请教了其对DESI DR2的看法，少江老师对形式理论和宇宙学理论的丰富了解与对年轻学生关怀让我钦佩不已。郅臻博士对弦宇宙学的了解和宇杭对 f(Q) f(T) 引力的知识也让我们受益匪浅。
在合作者中，春雨是本文能够在如此短时间内完成的关键性因素，本文对于f(T)修改引力模型的选择与计算、相关内容撰写和大部分图片绘制都由她做出；东东博士参与到了项目全程，在文章的行文措辞格式润色补充等种种方面提供了大量支持和见解，文章这一炫酷吸睛的题目也是由东东博士拟定的，也预祝东东学长找教职的旅程能够顺利；雅典国家天文台的Emmanuel教授是一夫教授的’黄金搭档’, 用其丰富研究经验对文章内容给出了鞭辟入里的指导修改建议，使行文更加简洁凝练。此外，锋军博士和Babak教授今年年初在清华三亚数学论坛 (TSIMF) 举办的讨论班’‘The Lotus and Swampland” 令人受益匪浅，是促成我从landscape的学习者到成为能carry一个项目的研究者的重要因素之一。
最后，我向蔡一夫教授致以深深的感谢，没有他的促成、关怀和指导，这篇文章便不会被完成。
2025.4.15