首页 › 天文之最

简约的哈勃常数，偏差甚小，为何能引发宇宙学危机？

发布者：金华大帅 2023-2-28 08:18

哈勃常数，看似平常，实则危机四伏

自2014年起，哈勃常数的测量值——现在宇宙膨胀的速率，出现了争议。远处星体所得的测量数据比近处星体测量数据小约10%。虽然它们听起来相差不大（事实上并不是这样，巨大的科学成就总是需要最精准的测量值），但它们的不确定性应该只有2%。从统计学上讲，在2%的不确定性中，10%的误差需要引起重视，并进行调查。从2014年起，人们提出了300多种解决这个“宇宙学危机”的方案。但没有一种方案得到了宇宙学家的普遍赞同，而且随着科学家们继续进行着测量，危机还在加大。

LCDM模型

我们对宇宙学的现代理解正在濒临险境。我们把它概括为 λ-CDM模型，缩写为LCDM模型。像其他科学模型一样，这个模型做了几个基本假设。它假设了广义相对论在宇宙学尺寸下适用，且宇宙具有各向同性，宇宙是平坦的，其中有一些地方是空的，被称作暗物质，不对普通物质有任何反应（CDM就是指冰冷的暗物质）。还有一些其他物质称作暗能量（即λ），在宇宙膨胀中维持着宇宙密度。

一旦这些假设被确立了（在大量观测事实上，它们的确被确立了）， LCDM就只有六个自由参数。你需要做各种宇宙测量，去得到这些数据。而你一旦得到了这些参数，就可以预测所有关于宇宙的事，包括且不仅限于现在的宇宙膨胀速率。

固定这些参数的最好方法是宇宙微波背景辐射（CMB）,它是宇宙诞生38万年时留下来的光。CMB用处很多，它很宏大，容易测量，容易理解。

当你拥有了CMB测量值之后，就可以像欧洲航天局的普朗克卫星任务一样，填补LCDM的未知部分，掌握住宇宙的整个历史。

通往星星的天梯

这就带来了紧张气氛。早期宇宙测量带给我们大量LCDM参数的信息，这些信息不仅来自CMB,还来自重子声学振荡——早期宇宙中的巨大声波在宇宙中游荡留下的星系的微小位移，以及大量光的元素。

不管你怎样结合早期宇宙测量数据去完成LCDM模型，你最终都会得到哈勃常数大约为68km/s/Mpc。

那么，问题解决了。是吗？不，没有那么快。

你还可以直接测量哈勃常数。你需要测量大量物体的距离和速度，可以选择Ia型超新星，星系性质，米拉变星和一些类型的红巨星。

除了红巨星，其他方法测得的哈勃常数为一个较高的数字——超过74km/s/Mpc。

有趣却有些沮丧的是，红巨星测得的结果恰在这两个极端数字之间——因此，我们迎来了危机。

无解决之路

我们已经有两种截然不同的方法来测量哈勃常数，每一种都经过了实验检验，研究理解。LCDM模型在预测很多宇宙观测上取得了巨大成功，没有人愿意抛弃这个模型。CMB的测量值是精确的——几乎是目前天文学历史上最精准的测量。

从另一方面来说，超新星的测量也是合理的。一些其他的探测器给出了类似的哈勃常数值。早期宇宙与后期宇宙，整体测量与当地测量，大尺度与小尺度，都形成了对比——不管你怎样区分它们，我们始终有两种应当吻合的看法出现了分歧。我们本该有一个普遍的，一致的测量结果，但我们没有。

宇宙学家对这个“危机”很感兴趣，因为自20多年前，我们发现暗能量之后，再没有出现如此有趣之事。当测量结果发生分歧，这是自然界在悄悄告诉我们，这里有一个新的空间，一个新的机会让我们揭开宇宙更多的真相。

迄今为止，已有300多种宇宙危机的解决方案。有人呼吁在CMB上进行更多的物理研究，有人认为暗能量近年研究中在作怪，有人从更基础的方面改变了物理理论，使观测结果变得更复杂。

但是，没有一个方案能解释大量宇宙学事实，我们距达成一致还有很长的路。

我个人相信“一件趣事，很可能是一件错事。”这次危机最无聊的解释是：在我们局部尺度测量哈勃常数的过程中，出现了差错。

但只有时间会告诉我们真相。

BY: Paul M. Sutter

FY: 静狸

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

宇宙物理历史天文

上一篇：星空有约丨拍中国空间站，赏最亮“中国星”

下一篇：千古第一相——管仲，及其先进的治国之道

大家都在看

齐锐：逐日的夸父，其实是最早的天文学家经活动主办方授权，下文整理刊发齐锐的演讲内容。本文插图由活动主办方提供。齐锐演讲现场。天文：一门关于“时空”的宏大学问今天我想和大家分享的，是古代天文和中国传统文化之间的关系。初一学年（七年级）的语文 ... 天文之最04-30
宇宙最大的恐怖：不是外星人来了，而是根本没有外星人银河系有两千亿颗恒星，可观测宇宙有两万亿个星系，每一粒沙砾般的光点都可能孕育世界。可我们倾尽听力、穷极目力，所得到的回应始终如一：一片连呼吸声都没有的绝对死寂。这就是2026年，科学界重新提起费米悖论时， ... 天文之最04-30
天文学奇才第谷·布拉赫用一生打造最精确天文表的“星空雕刻师” 大家好，今天给大家带来一位文艺复兴时期天文学界的传奇人物——第谷·布拉赫（Tycho Brahe）。这位1546年出生于丹麦的天文学家，被誉为“天文观测的奇才”，他的一生几乎就是为精准观测星空而奉献的。先说说第谷· ... 天文之最04-30
飞了40多年，最远飞船发现个可怕的事实：我们或被“困”在太阳系声明:【本文内容均引用权威资料结合个人观点进行艺术加工撰写，文末已标注文献来源及截图，本文仅在今日头条发布，谢绝转载，请知悉】你有没有想过，如果我们引以为傲的太阳系，其实就是个巨大的单间牢房，那人类到 ... 天文之最04-29
第谷·布拉赫：铸就《鲁道夫天文表》的天文巨匠在人类探索宇宙的宏大叙事中，16世纪的丹麦天文学家第谷·布拉赫（1546—1601）宛如一座巍峨的丰碑，以其卓越的观测才能和不懈的科学追求，为天文学的发展开辟了崭新的道路。他编著、经开普勒完成的《鲁道夫天文表》 ... 天文之最04-28
上古天文数理的哲学诠解：道器合一，权宜济世引言本文纯为上古圣哲智慧之整编与诠解。一切义理、大道本源，皆承古圣先贤所立。述而不作，敬祖尊圣，无自创私论，唯续文脉。上古华夏先民，世代观天察地、悟道参玄。早在先秦之前，华夏先民已然建立完整的宇宙本原 ... 天文之最04-26
丹麦天文学奇才第谷·布拉赫用“假鼻子”和精准观测改写宇宙地图大家好，今天给大家讲讲一位文艺复兴时期的天文学传奇人物——第谷·布拉赫（Tycho Brahe）。他的故事不仅充满了戏剧性，更是科学史上的一段传奇。说他是丹麦的天文学奇才一点都不夸张，因为正是他用超乎想象的耐心 ... 天文之最04-26
天文学家发现迄今“最纯净的恒星” 一颗巨大且纯净的远古恒星进入银河系示意图。（Navid Marvi/Carnegie Science）天文学家近日发现一颗原始恒星，其化学成分刷新了“最纯净恒星”的纪录。研究还发现，这颗远古恒星诞生于银河系之外，之后才漂移进入我 ... 天文之最04-25
第谷·布拉赫不仅推动了天文学的发展，也为后来奠定了坚实的基础第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）是16世纪丹麦著名的天文学家，以其卓越的观测技术和严谨的科学态度闻名于世。他的贡献不仅推动了天文学的发展，也为后来的开普勒奠定了坚实的基础。作为文艺复兴时期科学革 ... 天文之最04-22
天文奇才布拉斯，没有望远镜也能看星空！🔭✨ 第谷·布拉赫：没有望远镜的天文奇才。第谷·布拉赫：没有望远镜的天文奇才，如何绘出最精准星图？提起天文观测，人们总会率先想到望远镜这一核心仪器。可在望远镜诞生前，丹麦天文学家第谷·布拉赫仅凭肉眼与自制仪 ... 天文之最04-22

相关文章

热门阅读

精选文章