一个数字表明：我们对宇宙的理解存在根本性错误！
天文物理 1 week ago
The following article is from 博科园 Author 博科园 科学科普
宇宙中正在发生一个令人费解的谜团，使用不同方法测量宇宙膨胀率不断出现不一致的结果，这种情况被称为“危机”。问题集中在所谓的哈勃常数上，这是为纪念天文学先驱埃德温·哈勃而以其名字命名，哈勃常数描述了宇宙在离地球不同距离处膨胀的速度。利用欧洲航天局（ESA）普朗克卫星的数据，科学家们估计速度为百万秒67.4千米/秒/Mpc，但是使用被称为造父变星的脉动恒星计算表明是73.4千米/秒/Mpc。如果第一个数字是正确的，这意味着科学家们几十年来一直在错误地测量到宇宙中遥远天体的距离。但是如果第二个是正确的，那么研究人员可能不得不接受奇异的新物理学存在，可以理解的是，天文学家对这种差异非常激动。一个门外汉应该如何看待这种情况呢？这个差异到底有多重要，在局外人看来是次要的？为了弄清差异的真相，天文学家们对哈勃常数进行了测量，而这个“麻烦”开始于埃德温·哈勃自己。早在1929年，哈勃就注意到距离越远的星系，远离地球的速度比距离越近的星系更快。哈勃发现一个物体离地球的距离和它后退的速度之间存在线性关系。这意味着发生了一些诡异的事情，为什么我们会成为宇宙的中心？答案并不直观，因为遥远的物体没有移动，在万物之间创造了越来越多的空间。哈勃意识到宇宙正在膨胀，而且宇宙似乎在以恒定的速率膨胀，这就是哈勃常数。哈勃测量到的数值大约是501km/秒/mpc，这几乎是目前测量结果的10倍。多年来，研究人员已经完善了这个常数值。上世纪90年代末，事情变得更奇怪了，当时两组天文学家注意到，遥远的超新星变得更暗，因此比预期的距离更远。这表明宇宙不仅在膨胀，而且在膨胀中也在加速。天文学家将这种神秘现象的归因于暗能量。在接受了宇宙正在做一些奇怪的事情之后，宇宙学家转向了下一个显而易见的任务：尽可能精确地测量膨胀速度。通过这样，宇宙学家希望从头到尾追溯宇宙的历史和演化。天文学家长把这项任务比作走进跑道，看了一眼赛马在赛场上跑来跑去。仅凭这一点信息，有人能推断出所有的马从哪里开始，哪一匹会赢吗？这类问题听起来似乎不可能回答，但这并没有阻止科学家们尝试。在过去的10年里，普朗克卫星一直在测量宇宙微波背景，这是宇宙大爆炸的遥远回声，它提供了130亿年前婴儿宇宙时期的快照。利用天文台的数据，宇宙学家可以以极小的不确定性确定哈勃常数的数值。很漂亮，但是这与过去30年一直在做的事情相矛盾。在这三十年里，天文学家也一直在使用望远镜观察遥远的造父变星，并计算哈勃常数。这些恒星根据亮度以恒定的速率闪烁，因此研究人员可以根据其脉动准确地判断造父变星应该有多亮。通过观察恒星实际上有多暗，天文学家可以计算出到造父变星的距离。但是使用造父变星对哈勃常数的估计与普朗克卫星数据不匹配。差异可能看起来相当小，但是每个数据点都是相当精确的，并且两者不确定性之间没有重叠，但是，每个结果也取决于大量的假设。回到赛马的类比，天文学家将其比作试图找出赢家，同时不得不推断哪匹马首先会感到疲惫，这将在最后获得突然爆发的能量，这将在昨天的雨和许多其他难以确定变量的湿润草地上滑倒一点。如果造父变星是错误的，那就意味着天文学家一直在错误地测量宇宙中的距离。但如果普朗克卫星是错的，那么有可能新的奇异物理学，将不得不被引入到宇宙学家的宇宙模型中。这些模型包括不同的“刻度盘”，例如存在被称为中微子的亚原子粒子类型的数量，并且将被用来解释普朗克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一致，一些“刻度盘”必须进行调整，但大多数物理学家还不太愿意这么做。希望提供另一个可以调解两者的数据点，天文学家又观察了红巨星的光。这些天体在生命的尽头达到相同峰值亮度，这意味着，就像造父变星一样，天文学家可以观察红巨星从地球上看起来有多暗，可以很好地估计出红巨星的距离，从而计算出哈勃常数。在新公布的结果中，提供了两个之前测量值之间的正比数字：69.8km/秒/mpc。而且不确定性包含了足够多的重叠，有可能与普朗克的结果一致。但是天文学家还没有打开香槟软木塞来庆祝，因为这根本还是不太难了。天文学家想要打破僵局，但红巨星的哈珀数值没有说这边或那边是对的，只是比大家以前想象的要多得多。更多的研究团队也加入了进来，COSMOGRAIL的Wellspring(H0LICOW)中的研究小组，正观察早期宇宙中被称为类星体的遥远明亮物体，类星体的光已经被地球和类星体之间大质量物体的引力透镜放大。通过研究这些类星体，得出了一个更接近天文学家的估计。来自激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的信息可以提供另一个独立数据点，LIGO观察来自碰撞的中子星的引力波。但天文学家表示，这样的计算仍处于初级阶段，尚未完全成熟。普朗克卫星数值，造父变星数值，红巨星数值，类星体数值，中子星碰撞引力波数值都代表着不同的哈勃常数，光看上去就让人很懵，因为都说的有理有据，但到底谁才是最终的答案呢？这个问题非常重要，需要解决，但可能还需要一些时间进行漫长的研究。博科园｜文：Adam Mann/Live Science
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发表于 2020-8-3 02:47
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