詹姆斯·韦伯望远镜证实，我们对宇宙的理解存在严重错误

汪雨甘捍

宇宙膨胀的图解。（图片来源：Mark Garlick/盖蒂图片社科学图片库）

据美国生活科学网站（本·特纳）：天文学家使用詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜证实了所有物理学中最令人不安的难题之一——宇宙似乎以令人困惑的不同速度膨胀，这取决于我们所看到的位置。

这个问题被称为哈勃张力，有可能彻底改变甚至颠覆宇宙学。2019年，哈勃太空望远镜的测量证实了这个谜题是真实的；2023年，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）更精确的测量结果巩固了这一差异。

现在，两台望远镜协同工作的三重检查似乎已经彻底消除了任何测量误差的可能性。这项研究于2月6日发表在《天体物理杂志快报》上，表明我们对宇宙的理解可能存在严重问题。

约翰斯·霍普金斯大学物理学和天文学教授、该研究的主要作者Adam Riess在一份声明中表示：“由于测量误差被否定，剩下的是我们误解宇宙的真实而令人兴奋的可能性。”。

Reiss、Saul Perlmutter和Brian P.Schmidt因1998年发现暗能量而获得2011年诺贝尔物理学奖，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘力量。

目前，有两种计算哈勃常数的“金标准”方法，哈勃常数是一个描述宇宙膨胀率的值。第一个涉及研究宇宙微波背景（CMB）的微小波动，这是宇宙大爆炸后38万年产生的第一束光的古老遗迹。



JWST的红外相机使其能够比以前的任何望远镜都更精确地观察宇宙。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria), B. Frye (University of Arizona), P. Kamieneski (Arizona State University), T. Carleton (Arizona State University), and R. Windhorst (University of Arizona), A. Pagan (STScI), J. Summers (Arizona State University), J. D’Silva (University of Western Australia), A. Koekemoer (STScI), A. Robotham (University of Western Australia), and R. Windhorst (University of Arizona))

2009年至2013年间，天文学家利用欧洲航天局的普朗克卫星绘制出了这一微波模糊图，推断出哈勃常数约为每百万光年46200英里/小时，或约为每秒67公里/百万秒差距。

第二种方法使用被称为造父变星的脉动恒星。造父恒星正在消亡，它们的外层氦气在吸收和释放恒星辐射时生长和收缩，使它们像遥远的信号灯一样周期性地闪烁。

造父变星越亮，它们的脉动就越慢，这给天文学家提供了一种测量它们绝对亮度的方法。通过将这一亮度与观测到的亮度进行比较，天文学家可以将造父变星链接到一个“宇宙距离阶梯”中，从而更深入地了解宇宙的过去。有了这个梯子，天文学家可以从造父变星的光是如何伸展或红移的中找到它膨胀的精确数字。

但这就是神秘的开始。根据里斯和他的同事进行的造父变星测量，宇宙的膨胀率约为74 km/s/Mpc：与普朗克的测量相比，这是一个高得不可思议的值。宇宙学已经进入了未知的领域。

“我们不会称之为紧张或问题，而是一场危机，”诺贝尔奖获得者天文学家大卫·格罗斯在2019年加州卡夫利理论物理研究所（KITP）的一次会议上说。

最初，一些科学家认为这种差异可能是由于造父变星与哈勃望远镜孔径内其他恒星混合造成的测量误差。但在2023年，研究人员使用更准确的JWST来证实，在宇宙阶梯的前几级，他们的哈勃测量是正确的。尽管如此，宇宙的过去仍有可能进一步倒退。

为了解决这个问题，里斯和他的同事在之前的测量基础上，在距离地球1.3亿光年的五个宿主星系中又观测了1000颗造父星。在将他们的数据与哈勃的数据进行比较后，天文学家们确认了他们过去对哈勃常数的测量。

里斯说：“我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有信心地排除测量误差是哈勃张力的原因。”。“韦布和哈勃的结合让我们两全其美。我们发现，随着我们沿着宇宙距离的阶梯越走越远，哈勃的测量结果仍然可靠。”

换言之：宇宙学的核心张力将持续存在。