宇宙擴張速度究竟有多快？情況愈加撲朔迷離

圖為蓋亞望遠鏡拍攝的最新星圖。

　　新浪科技訊 北京時間11月30日消息，據國外媒體報道，利用不同方法測出的宇宙擴張速度也有所不同，因此有些理論學家猜測，我們對宇宙歷史或許存在重大誤解。

　　這一現象名叫「哈勃爭議」（Hubble tension），是宇宙學的一大未解之謎。隨著圍繞該問題展開的猜測變得愈加撲朔迷離，有科學家試圖通過提出新觀點來解釋這一現象。

　　「除了希格斯粒子之外，我們尚未做出任何新發現。」美國布魯克海文國家實驗室物理學家安澤?斯洛薩（An?e Slosar）表示，「任何新觀點都會令人激動。我們想看看人們可以從哪些方面提出新物理理論。」

　　宇宙正在不斷擴張，星系之間的距離變得越來越遠。科學家用得名於天文學家埃德溫?哈勃（Edwin Hubble）的「哈勃常數」來描述宇宙擴張速度。目前，科學家有幾種測算哈勃常數的方法，但這些方法會得出兩種不同的常數值，這顯然相互矛盾。有些方法利用超新星和脈衝星發出的光線計算其距離變化，結果顯示，天體到地球的距離每增加326萬光年（即一百萬秒差距），遠離地球的速度會加快73公里/秒。而另一類方法利用早期宇宙發出的電磁波、即宇宙微波背景進行測量，得出的結果約為67公里/秒。

　　這一差值不能僅用實驗誤差來解釋。如果不引入新的物理理論，任何解釋似乎都站不住腳。儘管如此，這兩個測算值之間的區別並未達到5西格瑪級實驗精確度，不足以說明兩個值之間存在重大出入。

　　但事情的走向越來越令人摸不著頭腦。最近，參與「暗能量調查」（DES）的科學家們公布的最新結果令局面顯得更加撲朔迷離。利用超新星進行測量，他們得出的哈勃常數為67.7（km/s）/Mpc，更接近利用宇宙微波背景算出的結果。

　　你也許認為這一結果縮小了此前兩種結果之間的差距，因此會減少人們對這一問題的興趣。然而，就在「暗能量調查」的科學家們公布結果後不久，兩支相互獨立的理論物理學家團隊分別發表了相關論文，試圖對「哈勃爭議」進行解答。兩者都提出，我們對宇宙早期歷史的理解需稍作調整。其中一篇論文試圖通過修改重組期（即大爆炸之後數十萬年、第一批中性氫原子開始形成的時期）的開始和結束時間，縮小兩種結果之間的差距。另一篇論文則引入了「早期暗能量」的概念，稱這種力曾在宇宙早期導致宇宙擴張，但在現代宇宙中已經不復存在。

　　物理學家認為，宇宙擴張曾經歷了兩個階段：第一階段為膨脹期，緊接著宇宙大爆炸，宇宙在此期間經歷了快速擴張；第二階段就是目前所處的階段。但美國約翰?霍普金斯大學的薇薇安?普林（Vivian Poulin）指出：「我們認為，在宇宙歷史的某一個時期，或許也發生過與目前階段類似的情況。」

　　這兩篇論文均尚未接受同行評審，仍處於初期階段。此外，這兩篇文章的發表時間距「暗能量調查」公布結果的時間太近，還來不及引用該調查的結論。如果「暗能量調查」的結果得到證實，這兩篇論文的理論分析就毫無意義了。

　　物理學家馬特?巴克利（Matt Buckley）並不認為「暗能量調查」的結論會降低科學家對這一爭議的興趣，並認為普林和斯洛薩等研究團隊提出的問題其實正中要點。但他也指出，任何新理論都必須與現有的全部數據相匹配。

　　對「哈勃爭議」而言，提出新物理學理論肯定是最有趣的一種解決方法，但新的哈勃常數測量方法也許很快就會出現，既不利用近處天體的距離梯度，也不利用遠古時期的宇宙輻射。引力波或許值得一試。科學家可以將中子星相撞時發出的光線與引力波進行對比，並且已經用該方法得出了哈勃常數的估算值。不過，要利用這種方法算出可靠的哈勃常數，也許還要過10年左右。就目前而言，「哈勃爭議」仍是科學家的觀測重點，仍將持續吸引理論物理學家的注意力。

　　「我們很想知道，該爭議是否存在簡單的解釋。從理論角度來看，這個問題變得越來越意思了，」普拉表示，「我們的興趣主要與目前不斷精進的實驗水平有關，而且人們對該問題的重視程度也在與日俱增。」（葉子）

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