4種哈勃常數現身,宇宙亂套了?現實版三體危機爆發,細思極恐!

2020-11-29 哏都太尉

在中國科幻巨作《三體》中,外星人為了顯示力量,讓天文學家汪淼以為整個宇宙都在為他閃爍,而後來三體人發射的智子,更封鎖了地球的科技。而在現實中,有些情況甚至比小說還要驚悚。例如近日加州大學戴維斯分校一組天文學家獲得了新的數據,就引發了宇宙學的危機,因為哈勃常數測量結果不一致!

90年前,天文學家埃德溫·哈勃展示了宇宙比先前想像的更大的數量級--整個宇宙都在膨脹。這種膨脹的速率是一個叫做哈勃常數的數字。然而,這是一個不可靠的數字。使用不同技術的測量產生了不同的結果,即使研究人員改進了他們的觀察結果,這些數字也沒有顯示出收斂的跡象。這是來自天文學家和物理學家的奇怪信息,他們想知道他們是否需要修改宇宙歷史。哈勃常數是任何關於宇宙進化理論的中心。這個數字可能對人類的日常生活沒有影響,但從宇宙學上講,這意味著大廈的地基。

有些理論使用彌散在空間中的背景輻射--宇宙年輕時發出的光,來計算哈勃常數,大約是67公裡/秒/兆秒差距。(一秒是三光年多一點的距離。根據這一估計,距離地球一百萬秒的星系正以每秒67公裡的速度後退,而距離兩倍的星系正以每秒134公裡的速度後退。)但另一種經過仔細校準的測量方法,是基於爆炸恆星--超新星發出的光--得出了哈勃常數為73。實際上從上世紀50年代開始,哈勃常數的確定,就成為一項公開的較量。

2019年夏天,當該領域的領導者齊聚加利福尼亞州聖巴巴拉討論「哈勃常數」的準確值時,芝加哥大學的物理學家溫迪·弗裡德曼提出了一個基於對紅巨星的研究的新的常數估計。她的得出的哈勃常數是:70。但是67和73的支持者堅持他們的立場,認為弗裡德曼的數字是錯誤的。而弗裡德曼告訴媒體稱:「不可能有三個不同的數字。」

實際上,還有更多哈勃常數出現。10月23日,加州大學戴維斯分校的研究人員發表了一篇論文,利用三個巨大星系產生的引力透鏡來計算哈勃常數,答案是:77。為了排除任何偏見,該團隊進行了雙盲分析。在過程中,他們甚至對自己隱瞞了最終答案,直到他們確信他們已經解決了儘可能多的可能的誤差源。這避免了他們受外來影響進行任何調整以獲得「正確」的值,來避免偏差。67、70、73和77,到底誰才是準確的哈勃常數?

1998年,主流的宇宙學標準模型開始出現。在標準模型中,只有大約5%的宇宙是由普通物質組成的--就是組成巖石、樹木、青蛙和人類的組成物質。另外25%大致是暗物質,它不發射輻射,只有通過它的重力影響星系的運動和結構才能發現他們的存在。其餘的是暗能量,宇宙膨脹加速的驅動因素。到了21世紀的黎明,這個標準模型似乎通過了所有的觀察測試。科學家認為,哈勃常數測量中的任何差異肯定會隨著進一步的觀察而消除。他們甚至精確地確定了宇宙的年齡:138億年。

然而最近不斷出現的哈勃常數變化,等於宣判這種主流宇宙學模型的死刑。因為如果哈勃常數都沒有確定,那麼宇宙模型必然是不準確的。不同的哈勃常數顯示這樣一種現象:從「本地」和「遙遠」觀察中獲得的哈勃常數的數值不一樣。這表明,要麼是測量存在問題,而研究人員普遍認為這是不可能的,要麼是宇宙學的標準模型需要以某種方式使用新的物理學來糾正差異。宇宙學的空前危機已經到來。

但是物理學家們對此並不驚慌,畢竟普通人的生活沒有影響,而且他們認為哈勃常數持續不斷的混亂,是潛在重大發現的先兆,也就是一些「新物理學」將誕生!2011年諾貝爾物理學獎獲得者、物理學和天文學教授亞當·裡斯,是73的數值的支持者,他認為:「沒有人錯了。因為宇宙中正在發生著其他我們想不到的事情。人類天生就是用直覺去理解周圍的事物。但大多數宇宙都是由與我們完全不同的東西組成的。這種對直覺的堅持在研究宇宙中往往是極度失敗的。」

小說《三體》中,猜想暗物質是被二向箔攻擊後的二維星系殘骸,也許這真的是遙遠宇宙中正在發生的事情啊!

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    大約在138億年前,它眨眼間就存在了,並且從那時起就一直在膨脹,就像一個巨大的宇宙氣球。這種膨脹的速度被稱為哈勃常數(或稱H0),它是宇宙的基本常數之一。知道哈勃常數,就可以計算出宇宙的年齡、可以計算出宇宙的大小、可以更準確地計算出推動宇宙膨脹的神秘暗能量的影響。而且,有趣的是,哈勃常數是計算星系間距離所需的數值之一。然而,哈勃常數存在一個巨大的問題。
  • 測量哈勃常數,探索廣闊宇宙
    如今宇宙學中最令人激動的事可能是我們還可以用另一種方法來測量宇宙的膨脹。宇宙一直在膨脹。我們根據可探測到的最遠的電磁輻射測量預測了一個膨脹率值,但這個值與從距離更近的物體處收集到的測量值不同。若這兩個數值真的不相容,可能標誌著目前用來描述宇宙演化的宏大理論被打破了。如今有科學家設計了一種令人興奮的新方法,這種方法不太依賴於人類假設的宇宙運作規律。
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