或许我们对宇宙的概念存在根本性的错误

宇宙中有一个令人费解的谜。用不同方法测量宇宙膨胀率的结果总是不一致。这种情况被称为“危机”。

问题集中在所谓的哈勃常数上。这个单位以美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)命名,描述了宇宙在离地球不同距离处的膨胀速度。利用欧洲航天局(ESA)普朗克卫星的数据,科学家们估计每百万光年的速率为46,200英里/小时(或者,使用宇宙学家的单位,每百万分之几为67.4千米/秒)。但是使用称为造父变星的脉动恒星的计算表明它是每百万光年50,400英里/小时(73.4 km / s / Mpc)。

如果第一个数字是正确的,那就意味着科学家几十年来一直在测量宇宙中遥远物体的距离。但如果第二个是正确的,那么研究人员可能不得不接受异国情调的新物理学的存在。可以理解的是,天文学家对这种差异进行了很好的研究。

什么是外行应该对这种情况做出什么?这种差异有多重要,外人看起来很小?为了找到冲突的底线,Live Science召集了芝加哥大学的天文学家巴里马多雷,并且是哈勃常数测量团队的成员之一。

问题始于Edwin Hubble本人。早在1929年,他就注意到更遥远的星系离地球的速度要快于它们的近距离对星。他发现物体离地球的距离和它后退的速度之间存在线性关系。

“这意味着正在发生一些令人毛骨悚然的事情,”马多雷告诉Live Science。“为什么我们会成为宇宙的中心?答案虽然不直观,但是[遥远的物体]不会移动。所有物体之间的空间越来越大。”

哈勃意识到宇宙正在膨胀,它似乎以恒定的速度这样做 – 因此,哈勃常数。他测量的值是每百万光年(501 km / s / Mpc)每小时342,000英里 – 几乎是目前测量值的10倍。多年来,研究人员已经提高了这一速度。

Madore表示,在20世纪90年代后期,两个天文学家团队注意到遥远的超新星更加暗淡,因此远远超出预期,事情变得更加怪异。这表明宇宙不仅在扩张,而且在扩张中也在加速。天文学家将这种神秘现象的原因命名为暗能量。

宇宙学家接受了宇宙做了一些奇怪的事情后,转向了下一个明显的任务:尽可能准确地测量加速度。通过这样做,他们希望从头到尾回溯宇宙的历史和演变。

马多雷将这项任务比作走进赛道,并一睹马匹在田野里跑来跑去。从这一点信息来看,有人可以推断出所有马匹的起点以及哪一匹胜利?

这样的问题可能听起来不可能回答,但这并没有阻止科学家的尝试。在过去的10年里,普朗克卫星一直在测量宇宙微波背景,这是大爆炸的遥远回声,它提供了 130亿年前婴儿宇宙的快照。利用天文台的数据,宇宙学家可以确定一个哈勃常数的数字,具有非常小的不确定性。

“它很漂亮,”马多雷说。但是,“这与人们过去30年来一直在做的事情相矛盾,”马多尔说。

在过去的三十年中,天文学家一直在使用望远镜观察遥远的造父变星并计算哈勃常数。这些恒星根据它们的亮度以恒定的速率闪烁,因此研究人员可以根据其脉动确切地确定造父变星的亮度。通过观察恒星实际上的暗淡程度,天文学家可以计算出它们之间的距离。但使用造父变星计算的哈勃常数的估计值与普朗克的计算结果不一致。

差异可能看起来相当小,但每个数据点都非常精确,并且它们的不确定性之间没有重叠。马多尔说,不同的方面互相指责,说他们的对手包括错误抛弃他们的结果。

但是,他补充说,每个结果也取决于大量的假设。再回到赛马的比喻,马多尔把它比作试图找出胜利者,同时不得不推断哪匹马会先疲惫,最后会突然爆发能量,这会在潮湿的地方滑落一下昨天下雨的草地和许多其他难以确定的变量。

Madore说,如果造父变星队的错误,那就意味着天文学家一直在不正确地测量宇宙中的距离。但是,如果普朗克错了,那么有可能必须将新的和奇特的物理学引入到宇宙学家的宇宙模型中,他补充说。这些模型包括不同的刻度盘,例如存在的称为中微子的亚原子粒子的类型数量,它们用于解释卫星的宇宙微波背景数据。为了使哈勃常数的普朗克值与现有模型相协调,一些表盘将不得不进行调整,Madore说,但大多数物理学家还不太愿意这样做。

为了提供另一个可以在双方之间进行调解的数据点,马多雷和他的同事们最近看到了红巨星的光芒。这些物体在其生命结束时达到相同的峰值亮度,这意味着,与天蝎座一样,天文学家可以观察它们从地球出现的暗淡程度,以便对它们的距离进行良好估计,从而计算出哈勃常数。

7月发布的结果提供了两个先前测量值之间的数字:每百万光年47,300英里/小时(69.8公里/秒/百万立方英尺)。不确定性包含足够的重叠,可能与普朗克的结果一致。

但是Madore说,研究人员还没有突然出现他们的香槟瓶塞。“我们想打破平局,”他说。“但它没有说这一方或那方是对的。它说有比以前所有人想的要多得多。”

其他团队已经权衡了。在COSMOGRAIL的Wellspring(H0LICOW)中有一个名为H0 Lenses的团队正在观察早期宇宙中被称为类星体的远处明亮物体,这些物体的光线被我们和它们之间的巨大物体吸引。通过研究这些类星体,该小组最近得出了一个更接近天文学家方面的估计。来自激光干涉仪引力波观测台(LIGO)的信息可以提供另一个独立的数据点,该信息可以探测来自撞击中子星的引力波。但Madore说,这些计算仍处于早期阶段,尚未完全成熟。

就他而言,马多尔说他认为普朗克与天文学家的价值之间的中间数最终会占上风,尽管他现在不会对这种可能性下太多赌注。但在找到一些结论之前,他希望看到研究人员的态度有所降低。

他说:“很多泡沫已被人们坚持认为是对的。” “它非常重要,需要解决,但这需要时间。”