利用距离测量探测暗能量演化时的概念性问题

暗能量现在是宇宙学中最重要和最前沿的问题之一。揭示其本质的第一步是探测暗能量的演化，或确凿证明宇宙学常数确实是常数。然而，在标准的宇宙学方法中，宇宙由均匀且各向同性的弗里德曼模型描述。这里我们证明，在受扰动的宇宙中（即使扰动在足够大尺度上平均后消失），距离-红移关系与未受扰动宇宙中的不同。这在研究暗能量本质时会产生严重后果，并且如本文所示，会损害暗能量的分析和研究。该分析基于两种方法：线性透镜近似和非线性 Szekeres 瑞士奶酪模型。非均匀性尺度约为 50 Mpc，两种模型沿视线方向具有相同的密度涨落。线性和非线性方法的比较表明，非线性修正不可忽略。当存在非均匀性时，距离会变化几个百分点。为了展示这种变化如何影响暗能量的测量，我们生成了十次未来观测数据，其不确定性为 2%。结果表明，使用标准方法（即在均匀性假设下），由非均匀性引起的系统误差会扭曲我们的分析，并可能导致得出暗能量在演化的结论，而实际上它是常数（反之亦然）。因此，如果仅在同质框架内分析未来观测数据，那么非均匀性（如空洞和超星系团）的影响可能被误认为是演化的暗能量。由于稳健地区分暗能量的演化和非演化是理解其本质的第一步，因此正确处理非均匀性至关重要。