宇宙膨胀速度引发激烈争论,天文学家对哈勃常数的测量结果不一,73或67公里/秒/百万秒差距的差异暗示宇宙学理论可能存在根本性错误。
自1929年Edwin Hubble发现宇宙在膨胀以来,这个事实已成为天文学的基石。1998年,科学家进一步确认宇宙膨胀还在加速,这一发现甚至在2011年荣获诺贝尔奖。然而,关于宇宙当前膨胀速度——即哈勃常数的精确数值,天文学家们却始终无法达成一致。这不仅是个学术难题,更像是宇宙在向我们抛出的一个巨大问号。
哈勃常数描述了宇宙膨胀的速率:每百万秒差距(约330万光年的距离),物体远离我们的速度。一种测量方法显示这个数值大约是73公里/秒/百万秒差距,而另一种方法得出的结果却接近67公里/秒/百万秒差距。如此大的差异让科学家们困惑不已。Dan Scolnic,北卡罗来纳州杜克大学的天文学家感叹道:“过去十年,这个矛盾每年都在加剧。”这种分歧不仅让人无法准确计算宇宙的年龄或大小,还动摇了我们对宇宙基本结构的理解。
测量哈勃常数有两种主要途径。一种是直接观察现代宇宙,测量遥远星系的距离和退行速度,这通常得出较高的73数值。比如,通过观察星系发出的光,科学家注意到光波长变长,呈现“红移”,就像救护车警笛音调因远离而降低一样。红移的大小揭示了星系退行的速度。然而,测量星系距离却是个棘手的难题。天文学家依赖“宇宙距离梯”:从通过三角测量确定附近恒星的距离开始,逐步推算到更远的标准烛光——如造父变星或特定类型的超新星。这些“标准烛光”因其已知亮度而成为测距的可靠工具。然而,Wendy Freedman,芝加哥大学的天文学家指出,测量中存在诸多干扰因素。比如,星际尘埃会吸收特定波长的光,造父变星的“金属丰度”会影响其亮度,而可用于测距的超新星样本又少得可怜。她认为,宣称两种测量结果完全对立,还需更确凿的证据。
另一种方法则追溯到宇宙的起点,分析大爆炸留下的“余震”——宇宙微波背景辐射(CMB)。这种辐射记录了早期宇宙的大尺度结构,科学家据此推演宇宙今天的膨胀速度,得出约67的数值。然而,CMB数据的可靠性毋庸置疑,问题可能出在将其输入的宇宙学模型——Lambda-CDM理论上。这个理论认为,宇宙中只有5%是可见的星系、行星和星光,其余由驱动膨胀的暗能量和不可见的暗物质构成。尽管Lambda-CDM成功解释了许多现象,比如化学元素的丰度和星系分布,但它可能无法完全适应当前的哈勃常数争议。
面对这一僵局,一些天文学家开始怀疑测量方法本身。Adam Riess,2011年诺贝尔奖得主之一,坚信直接测量法更为可靠。他指出,随着更多天文学家关注“哈勃张力”,他们用不同方法反复验证了距离梯,结果依然指向73。最近一篇论文甚至绕过了距离梯,改用类星体的光束进行测量。类星体光线因途经大质量物体而产生时间差,科学家据此推算距离,得到的结果仍接近73。这意味着,如果测量有误,错误必须同时影响多种不同方法——这几乎是不可能的。
另一种可能是早期宇宙的模型有问题。CMB数据虽由多颗卫星和地面望远镜反复验证,准确无误,但将其代入Lambda-CDM模型的预测可能忽略了某些关键因素。比如,有人提出暗能量的强度可能随时间变化,或者银河系可能位于一个巨大的低密度空间区域,导致哈勃常数被高估。尽管这些新理论层出不穷,但Lambda-CDM依然是主流,暂时无人能撼动其地位。
天文学界如今陷入两难。未来,智利的Vera Rubin天文台或将于2027年发射的Nancy Grace Roman太空望远镜或许能提供新的线索。但过去几十年的经验告诉我们,这些新数据可能只是再次确认“哈勃张力”,而非解决它。宇宙的秘密仍在等待一位天才的理论家,或者更多数据的启示,来揭开这层神秘面纱。

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