我們如何知道宇宙有多大、多老、由什么組成、如何演化？這些問題是現(xiàn)代物理學和天文學的核心課題，也是人類對自身存在的探索。為了回答這些問題，我們需要建立一個能夠描述和預測宇宙各種現(xiàn)象的數(shù)學模型，也就是所謂的宇宙學模型。

目前，最廣泛接受和使用的宇宙學模型是ΛCDM模型。這個模型基于愛因斯坦的廣義相對論，假設宇宙是均勻且各向同性的，并且由兩種主要成分組成：普通物質和暗物質。普通物質是我們能夠直接或間接觀測到的物質，比如星星、行星、氣體、塵埃等。暗物質是一種我們還不知道具體性質的物質，但是我們可以通過其引力效應推斷其存在。暗物質占據(jù)了宇宙物質總量的大約85%，而普通物質只占15%。

除了物質之外，ΛCDM模型還假設存在一種神秘的能量形式，叫做暗能量。暗能量與物質不同，它具有負的壓強，并且隨著空間膨脹而增加。暗能量導致了宇宙加速膨脹的現(xiàn)象，也就是說，越遠的星系離我們越快。暗能量占據(jù)了宇宙總能量密度的大約70%，而物質（包括普通物質和暗物質）只占30%。

ΛCDM模型還包含了一些重要的參數(shù)，比如哈勃常數(shù)，它描述了空間膨脹的速率；密度參數(shù)，它們描述了各種成分在總能量密度中所占的比例；功率譜指數(shù)，它描述了原初擾動在不同尺度上的強度。這些參數(shù)不能從理論上推導出來，而是需要通過觀測數(shù)據(jù)來確定。

ΛCDM模型已經(jīng)成功地解釋了許多關于宇宙的觀測數(shù)據(jù)，比如：微波背景輻射、Ia型超新星、宇宙大尺度結構等。但是它也面臨著一些挑戰(zhàn)和困惑，比如我們還不知道暗物質和暗能量究竟是什么，它們是如何產(chǎn)生和作用的，以及為什么它們在現(xiàn)在的時代占據(jù)了絕大部分的能量密度。

還有哈勃沖突：這是指不同方法測量哈勃常數(shù)得到的結果之間存在著明顯的不一致；不可能的早期星系：JWST對高紅移區(qū)域（即早期宇宙）所觀測到的一些異常成熟和龐大的星系，這些星系存在于大爆炸后不到3億年的時期，按照ΛCDM模型的預測，這個時期的星系應該還處于原始和未發(fā)育的狀態(tài)，而不可能擁有如此復雜和豐富的結構和質量。

新的理論模型

為了解決不可能的早期星系問題，有一些新的理論模型被提出，它們對ΛCDM模型進行了一些修正或擴展。在這里，我將介紹兩種模型，分別是CCC模型（covarying coupling constants model）和CCC TL模型（CCC plus tired light model）。

CCC模型

CCC模型是基于這樣一個假設，即宇宙中的一些基本物理常數(shù)，比如引力常數(shù)、質子質量等，是隨著時間而變化的。這個假設最早由狄拉克提出，他認為引力常數(shù)和宇宙年齡成反比。后來，其他的理論也嘗試了不同的變化規(guī)律，比如標量-張量理論、變光速理論等。

CCC模型采用了一個特殊的度規(guī)，叫做修正的FLRW度規(guī)。這個度規(guī)是在標準的FLRW度規(guī)（也就是ΛCDM模型所用的度規(guī)）的基礎上，加入了一個因子，這個因子包含了引力常數(shù)和質子質量的函數(shù)。這樣，引力常數(shù)和質子質量就可以隨著時間而變化，而不是固定不變的。

利用這個修正的FLRW度規(guī)，我們可以得到相應的愛因斯坦方程和弗里德曼方程，它們描述了宇宙的動力學行為。在這些方程中，我們可以看到一個新的項，它類似于宇宙學常數(shù)，但是它也是隨著時間而變化的。這意味著暗能量不再是一個常數(shù)，而是一個動態(tài)的量。我們可以把這個新的項叫做動態(tài)宇宙學常數(shù)。

CCC模型有幾個優(yōu)點：它可以很好地擬合Ia型超新星的數(shù)據(jù)，得到與ΛCDM模型相近的結果；它可以解釋哈勃張力問題，因為它預測了一個更大的哈勃常數(shù)，約為75 km/s/Mpc；它可以延長宇宙的年齡，使之達到26.7億年，而不是13.7億年。這樣，就給早期星系形成提供了更多的時間。

但是，CCC模型也有一個缺點：它不能解釋JWST觀測到的早期星系的尺寸問題。按照CCC模型的預測，早期星系應該比觀測到的更大。為了解決這個問題，我們需要引入另一個理論，叫做疲勞光理論(tired light model)。

CCC TL模型

疲勞光理論是由齊威基（Zwicky）提出的一種替代紅移解釋的理論。紅移是指遠方星系發(fā)出的光在到達我們時，波長變長，顏色變紅的現(xiàn)象。按照ΛCDM模型的解釋，紅移是由于空間膨脹導致光波被拉伸所致。但是齊威基提出了另一種可能性，即光子在穿越巨大的空間距離時，會逐漸失去能量，并且這個能量損失與光子的波長成正比。這樣，光子的波長就會變長，產(chǎn)生紅移效應。這種理論叫做疲勞光理論，因為光子就像是疲勞了一樣。

疲勞光理論有一個好處，就是它可以解釋JWST觀測到的早期星系的尺寸問題。因為如果光子的能量損失與波長成正比，那么光子的角動量也會隨之減小。這意味著光子的偏振方向會發(fā)生變化，從而導致觀測到的圖像發(fā)生畸變。具體來說，圖像會變得更小、更暗、更模糊。這正是JWST觀測到的早期星系的特征。

但是，疲勞光理論也有一個缺點，就是它不能很好地解釋CMB的各向同性問題。因為如果光子在傳播過程中不斷失去能量，那么CMB的溫度就應該隨著方向而變化，而不是像觀測到的那樣非常均勻。

為了解決這個問題，我們需要把疲勞光理論和CCC模型結合起來，形成一個新的模型，叫做CCC TL模型。這個模型假設光子在傳播過程中既會受到空間膨脹的影響，也會受到能量損失的影響。這樣，我們就可以同時解釋Ia型超新星、哈勃沖突、早期星系和CMB的觀測數(shù)據(jù)。