9%的差异，时间相差10亿年！我们对宇宙的认识出错了吗？

TejUKCJa

在天文学中，很少有参数能像哈勃常数那样会让天文学家感到不安。事实上，自从哈勃常数提出90年来，天文学家一直在争论这个常数的数值，而且理由很充分。

上个世纪20年代末，天文学家埃德温·哈勃研究宇宙中的星系光谱时发现，除了少数邻近星系之外，其他星系的退行速度（v）与距离（D）成正比，其比例常数后来被称为哈勃常数（H0），这个定律就是著名的哈勃定律：v=H0·D。哈勃常数能够告诉天文学家很多重要的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀率和年龄。

如果天文学家能够非常精确地测量这个常数，这样就离解决一些重大天文谜团又近了一步。但有一个问题很关键，天文学家无法精确测量出哈勃常数，不同方法的测量结果并不一致。

在2019年，由约翰霍普金斯大学的天文学家Adam Riess主导的SH0ES合作项目（超新星H0状态方程）对哈勃常数进行了迄今为止最精确的测量。不过，他们的测量数值比天文学界普遍接受的要高出9%。

9%的差异不太可能是因而纯粹的统计错误所致，因为这种概率只有只有十万分之一。由此就引发了一个问题：到底谁是对的？

根据哈勃定律，哈勃常数的倒数表示最初星系的退行时间。因此，宇宙的年龄与哈勃常数的倒数呈正相关。因此，如果哈勃常数偏高9%，它所预测的宇宙年龄将会年轻大约10亿年。

事实上，关于哈勃常数的分歧历来就有。当哈勃在1929年发表他对宇宙膨胀的测量时，他对膨胀部分的测量是正确的。然而，哈勃预测的膨胀速度是目前普遍接受的7倍。近一个世纪过去了，围绕哈勃常数的争论还在继续。

近年来，天文学家对哈勃常数的测量精度比以往有了更大的提升，不确定性可以小到1%到2%。但随着测量方法的改进，过去无关紧要的细微差异变得显著起来。

目前，天文学家普遍接受的哈勃常数为67.4(千米/秒)/百万秒差距，这意味着距离地球1000万秒差距（3260万光年）的星系正以674千米/秒的速度远离我们。然而，SH0ES团队报告的数值为74.03(千米/秒)/百万秒差距。这种差异足以让许多天文学家怀疑，我们对宇宙的了解是否正如我们想象中的那样好。

两个不同的数值是通过不同的方法测量出来的。第一种方法是利用普朗克卫星测量宇宙微波背景辐射，这会告诉天文学家宇宙在大爆炸后38万年的膨胀速度。由此，天文学家能够预测宇宙在130亿年后的今天应该会以多快的速度膨胀。

另一方面，SH0ES团队观测更年轻的天体，比如亮度不断变化的变星和超新星。首先，天文学家计算出这些天体的距离。然后，再利用多普勒频移计算出这些天体的运动速度。结合天体的距离和速度，就能够测量出哈勃常数。

原则上，这两种不同的方法应该会得到相同的哈勃常数。事实上，天文学家并没有如常所愿。SH0ES团队认为，这种差异是因为从宇宙微波背景辐射中预测哈勃常数的宇宙模型存在轻微缺陷。宇宙的膨胀速率并非均匀的，在过去上百亿年里发生了一些变化。

解决这种差异的一种方法是收集更多的度量数据进行比较，这是天文学家目前正在努力的方向。天文学家组成了一个名为H0LiCOW的合作团队，他们研究来自遥远类星体的光在巨大星系团周围的弯曲，以第三种方法测量哈勃常数。

结果表明，H0LiCOW团队得到的答案和SH0ES团队一样。需要注意的是，这两种方法彼此没有任何关系，所以测量结果可能是比较可靠的。

此外，LIGO和VIRGO团队正试图用另一种方法测量哈勃常数——引力波。引力波团队的早期测量结果约为70(千米/秒)/百万秒差距，这正好处于SH0ES和普朗克估计值之间。不过，引力波方法的测量值具有更大的不确定性。

因此，究竟谁对谁错还有待观察。但在一些天文学家看来，另一个问题是，这种差异是否只是人类的错误。不管怎样，整个宇宙历史上9%的差异并不能说明天文学家对宇宙的基本理解是错误的，只是还存在一些问题。


本文选自：今日头条

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哈勃错了