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宇宙正在膨胀。但是天体物理学家不知道有多快。

哈勃捕捉到了宇宙中许多星系的图像,并用一个爱因斯坦环来引导。当来自遥远星系的光在一个巨大的质量周围扭曲时,就像星系团一样,它创造出这个优雅的环。ESA/Hubble&NASA;确认:Judy Schmidt)

下次你吃蓝莓(或巧克力片)松饼时,想想面糊中的蓝莓在烘烤时发生了什么。蓝莓开始全部压扁在一起,但随着松饼的膨胀,它们开始彼此远离。如果你能坐在一个蓝莓上,你会看到所有其他的蓝莓离开你,但同样的情况也适用于你选择的任何蓝莓。从这个意义上说,星系很像蓝莓。“KdSPE”“KdSPS”自从宇宙大爆炸以来,宇宙就一直在膨胀。奇怪的事实是宇宙中没有一个地方在膨胀,而是所有星系(平均而言)都远离其他星系。从银河系的角度来看,似乎大多数星系都在远离我们——就像我们是松饼般宇宙的中心。但从任何其他星系看,它都是完全一样的——所有的东西都在远离其他任何东西。

让事情变得更加混乱,新的观测表明,宇宙中这种膨胀的速度可能会因你回首时间的距离而不同。这项发表在《天体物理学杂志》上的新数据表明,也许是时候修正我们对宇宙的理解了。

哈勃的挑战

宇宙学家用一个简单的定律来描述宇宙的膨胀,这个定律被称为哈勃定律(以埃德温哈勃命名——尽管事实上许多人先于哈勃的发现)。哈勃定律是观测到更远的星系以更快的速度移动。这意味着靠近星系的星系相对较慢地移动。“KdSPE”“KdSPs”星系的速度和距离之间的关系由“哈勃常数”所决定,它大约为Mega Parsec每秒44英里(70公里)每秒(天文学中的一个长度单位)。这意味着一个星系每离开我们一百万光年,每小时就要增加50000英里。在阅读这句话的时候,一个星系在一百万光年的距离上移动了大约100英里。“KdSPE”“KdSPS”这个宇宙膨胀,其中附近的星系比遥远的星系移动得慢,这是一个对暗能量均匀膨胀的宇宙所期待的(一种无形的力量)。宇宙膨胀加速)和暗物质(一种未知的、不可见的物质形式,比正常物质常见五倍)。这也是人们观察到的蓝莓在膨胀的松饼中。

哈勃常数测量的历史充满了困难和意外的启示。在1929年,哈勃自己认为这个数值必须是每百万光年每小时34.2万英里——大约是我们现在测量的数值的十倍。哈勃多年来常数的精确测量实际上是无意中发现暗能量的原因。探索这种神秘的能量,占宇宙能量的70%,激发了世界上(目前)最好的太空望远镜的发射,以哈勃命名的

宇宙“showstopper”

现在看来,由于两个高度精确的测量结果不一致,这一困难可能还在继续。正如宇宙学的测量变得如此精确以至于哈勃常数的值被认为是一劳永逸地知道一样,人们发现事实并非如此。现在我们有了两个停止结果,而不是一个。一边是

,一边是普朗克任务中对宇宙微波背景的新的非常精确的测量,即大爆炸的余辉,它测量了哈勃常数,约为每百万光年每小时46200英里(或使用宇宙学家的单位67岁。另一方面,我们在局域星系中有新的测量脉冲星的 ... ,也非常精确,它测量了哈勃常数每百万光年为50400英里每小时(或使用宇宙学家单位73.4公里/秒/百万分之一)。它们在时间上更接近我们。

这两种测量都声称它们的结果是正确的,而且非常精确。这些测量的不确定度仅为每百万光年每小时300英里,所以看起来在运动上确实存在显著差异。宇宙学家把这种分歧称为两次测量之间的“张力”——它们都在统计上把结果拉向不同的方向,而有些事情不得不突然发生。

新物理学

“那要拍什么呢?目前陪审团不在。可能是我们的宇宙模型错了。目前所看到的是,宇宙在附近的膨胀速度比我们根据更遥远的测量所预期的要快。宇宙微波背景测量并不是直接测量局部膨胀,而是通过一个模型——我们的宇宙学模型——来推断这一点。这在预测和描述宇宙中的许多观测数据方面是非常成功的。

因此虽然这个模型可能是错误的,但没有人提出一个简单的令人信服的模型来解释这个问题,同时解释我们观察到的其他一切。例如,我们可以尝试用一种新的引力理论来解释这一点,但是其他的观测结果并不适合。或者我们可以尝试用暗物质或暗能量的新理论来解释它,但随后的进一步观察就不合适了——等等。因此,如果这种紧张关系是由于新物理引起的,那么它一定是复杂而未知的。

一个不那么令人兴奋的解释可能是,数据中存在由系统效应引起的“未知未知未知”,而更仔细的分析也许有一天会揭示出一种被忽略的微妙效应。或者可能只是统计上的侥幸心理,当收集到更多的数据时,这种侥幸心理就会消失。

目前尚不清楚新物理、系统效应或新数据的什么组合将解决这种紧张关系,但必须有所提供。宇宙膨胀的松饼图可能不再有用了,宇宙学家们正争先恐后地赢得一场“伟大的宇宙烘焙”来解释这一结果。如果需要新物理学来解释这些新的测量结果,那么结果将是我们对宇宙图像的一个停止性改变。

天体物理学的读者Thomas Kitching,UCL

这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“

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