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天文異象!宇宙膨脹的速度太快,無法解釋當前的物理現象!

哈勃太空望遠鏡已經被用來測量被命名為宇宙膨脹的天文學家第一次觀察到的現象。這是迄今為止對膨脹率最精確的測量,它證實了一些困擾天文學家的事情。宇宙的膨脹速度似乎比我們對宇宙背景輻射的測量要快得多,這表明要麼是一個測量值錯了,要麼是膨脹受到了未知的力的影響。

隨著宇宙的膨脹,星系之間的距離越來越遠。在過去的一個世紀里,對這一現象的研究一直是宇宙學中一些最重要的發現的核心,但我們似乎還沒有完成。

我們可以精確地測量一個星系遠離我們的速率,從它的光的波長被拉伸(稱為紅移)。根據特定恆星的亮度和被稱為「標準燭光」的超新星的亮度來測量距離是比較困難的。比較它們的亮度可以表示距離。

ngc3972是一個星系,它的造父變星被研究來幫助測量宇宙的膨脹。

利用哈勃對某些標準蠟燭的精確測量,一篇發表在《天體物理學雜誌》上的論文報告了哈勃常數,它是對宇宙膨脹的一種測量,每百萬秒的長度為67(42英里)每秒。這意味著每增加一百萬秒(330萬光年)遠離我們一個星系,它的速度就會以每秒67公里(42英里)的速度增長。

問題是,這一數字比我們在大爆炸後不久(378,000年「短時間」對宇宙學家「短時間」觀測到的情況)所計算的數值要大9%。這是基於普朗克衛星對當時宇宙背景輻射的測量,用模型來處理當宇宙演化時,它應該如何變化。

之前對哈勃常數的估計也高於普朗克數據,但測量中存在不確定性。利用新方法校準造仙器變數的亮度,用來測量相對較近的星系的標準蠟燭,哈勃將其不確定範圍降低到了2.3個百分點。讓哈勃常數精確到10%以內是哈勃最初的目標之一,所以這遠遠超過了它。有了這個新發現的精確度,當前和早期宇宙擴張的機會將下降到5000,這似乎有點低。

(天文學家用來測量宇宙膨脹率的三個步驟:1)利用哈勃望遠鏡通過視差來測量被稱為造父變星的恆星的距離。2)在附近的星系中應用這些對造父變星的校準,最近這些星系中有Ia型超新星。3)知道這些超新星的距離,校準它來測量遙遠星系的距離,我們看不見仙王座。

太空望遠鏡科學研究所的亞當·里斯教授說:「這兩種結果都經過了多種測試,所以除了一系列不相關的錯誤之外,越來越有可能這不是一個錯誤,而是宇宙的一個特徵。」里斯分享了2011年的諾貝爾物理學獎,因為他發現宇宙的膨脹正在加速,而不是減速,這導致了對暗能量這個概念的接受。

如果兩個測量都是正確的,那麼我們對大尺度物理定律的理解就需要大修。已經提出了幾種可能的解釋,但在這個階段,我們幾乎沒有選擇任何一種解釋的依據。

一種觀點認為,導致宇宙膨脹加速的暗能量自身正在加速。也就是說,宇宙不僅增長得更快,而且還在以越來越快的速度增長,就像一個滑雪者從一個平緩的斜坡到一個越來越陡的下坡跑。考慮到我們對暗能量知之甚少,我們不能排除這種可能性。

另一種觀點認為,目前尚未檢測到的亞原子粒子受到引力的影響,但對其他三種基本力免疫。這種粒子被稱為不育中微子,它會以接近光速的速度傳播,影響著宇宙的演化。

如果天文學家低估了暗物質之間的相互作用,也可以解釋這一現象。我們所知道的暗物質與星系的自轉速度有關,但並不完全理解,而宇宙中可觀測到的部分是直接觀測到的。

每一個理論,如果正確的話,都會干擾我們用來將早期宇宙數據應用到今天的情況的模型。他們也讓許多理論物理學家忙了好幾年,試圖解釋其中的含義。

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