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测不准宇宙膨胀速度,可能只是因为这样一个简单而不可思议的事实

钱德拉南天深空(天炉座)。ESO / Mario Nonino, Piero Rosati and the ESO GOODS Team

近年来,天文学家在测量、验证宇宙的膨胀速度——也就是哈勃常数(H0)的过程中遇到了一个解决不了的难题——得不到一致的结果。无论人们用什么方法,用多高的精度反复地测量,得到的哈勃常数总是不一样。

最近日内瓦大学物理学家Lucas Lombriser等人撰文认为,对这个奇怪现象的最简单解释是,我们银河系所在的空间是宇宙中的一个低密度气泡。我们通过望远镜看到的大部分空间都是这个气泡的一部分。而正是这个异常因素,干扰了我们对宇宙膨胀速度的测量。

玉夫座深空。ESO

要站在宇宙的尺度上想象这个气泡的样子是一件困难的事。大部分宇宙空间是空旷的,只有少量的星系点缀其中。但是就像我们银河系附近的物质既存在紧密相依,也有相隔遥远的情况一样,宇宙各部分的星系密度也是各不相同的。

早期宇宙遗留下来的微波背景辐射温度在宇宙的各个方向上是基本相同的(2.7K)。但是在细节上我们会发现,局部会有微小的起伏。宇宙演化模型表明,这些微小的起伏最终会造成空间密度的差异,且密度低的区域足以扭曲我们对哈勃常数的测量结果。

目前科学家测量哈勃常数常用的方法有两个。其一是根据宇宙微波背景辐射直接测出;其二是通过测量宇宙各部分的超新星和造父变星距离来计算。

超新星和造父变星拥有一些特点,能够让我们精确地算出它们和地球的距离,以及它们正在以多快的速度远离我们。天文学家称这些特殊的星为“量天尺”,它们是我们可观测宇宙中的距离座标,通过这些座标,我们能够知道宇宙正在以多快的速度膨胀。

但是奇怪的是,随着超新星和造父变星测量法,以及宇宙微波背景辐射测量法精度的不断提高,这些结果之间的不一致也越来越明显。

假如我们一直得到不同的答案,那么这背后一定存在着某种我们还不理解的客观原因。这种未知原因不仅仅与我们宇宙当前的膨胀速度有关,也与宇宙的演化,宇宙膨胀的演化,以及时空联合体在此过程中的演化有关。

有的物理学家相信在物理学规律中还存在一些我们所不知道的东西。但是如果要证明这一点,就需要有明确的证据来支撑新的复杂模型。更多的人则认为,问题出在对超新星或造父变星距离的计算过程,或对宇宙微波背景辐射的观测上。

与种种有趣的解释相比,Lombriser的理论既符合现有物理学,又极具解释力。只是略显乏味。人们总是渴望故事性,但或许真相并没有那么离奇。

鲸鱼座深空。

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