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宇宙扩张速度究竟有多快?情况愈加扑朔迷离

科普小知识2022-07-23 13:29:47
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宇宙扩张速度究竟有多快?情况愈加扑朔迷离

根据国外媒体的报道,用不同方法测量的宇宙膨胀速率也是不同的,因此一些理论家推测我们可能对宇宙的历史有重大误解。

这种现象被称为“哈勃争论”,是宇宙学中一个未解之谜。随着围绕这个问题的猜测变得越来越复杂,一些科学家试图通过提出新的观点来解释这一现象。

"除了希格斯粒子,我们没有任何新发现."美国布鲁克海文国家实验室的物理学家ane Slosar说,“任何新的观点都会令人兴奋。我们想看看人们能从哪些方面提出新的物理理论。”

宇宙在膨胀,星系之间的距离越来越远。科学家用以天文学家埃德温·哈勃命名的“哈勃常数”来描述宇宙的膨胀速度。目前,科学家有几种测量哈勃常数的方法,但这些方法会产生两种不同的常数值,这显然是矛盾的。有些方法利用超新星和脉冲星发出的光来计算它们的距离变化。结果表明,天体与地球之间的距离每增加326万光年(即100万秒),远离地球的速度就会增加73公里/秒。另一种方法是利用早期宇宙发射的电磁波,即宇宙微波背景进行测量,结果大约是67公里/秒。

这种差异不能仅仅用实验误差来解释。没有新物理理论的引入,任何解释似乎都站不住脚。尽管如此,两个测量值之间的差异没有达到5西格玛实验精度,这不足以解释两个值之间的显著差异。

但是事情的方向变得越来越混乱。最近,参与“暗能量调查”的科学家发布的最新结果使得情况更加不确定。用超新星测量,它们的哈勃常数是67.7(千米/秒)/百万分之一秒,这更接近于用宇宙微波背景计算的结果。

你可能认为这个结果缩小了前两个结果之间的差距,从而降低了人们对这个问题的兴趣。然而,在“暗能量调查”的科学家公布他们的结果后不久,两个独立的理论物理学家小组分别发表了相关论文,试图回答“哈勃争议”。两者都表明我们对宇宙早期历史的理解需要一些调整。其中一篇论文试图通过修改重组期的开始和结束时间来缩小两个结果之间的差距(即大爆炸后数十万年和第一批中性氢原子开始形成的时期)。另一篇论文介绍了“早期暗能量”的概念,称这种力量曾导致宇宙早期的膨胀,但它在现代宇宙中已不复存在。

物理学家认为宇宙的膨胀经历了两个阶段:第一阶段是膨胀阶段,接着是大爆炸,在此期间宇宙经历了快速膨胀;第二阶段是当前阶段。然而,美国约翰·霍普金斯大学的维维安·普林指出:“我们相信,在宇宙历史的某个时刻,可能发生了与现在相似的事情。”

这两篇论文尚未经过同行评审,仍处于早期阶段。此外,这两篇文章的发表与“暗能量调查”结果的发表过于接近,无法引用调查结果。如果“暗能量调查”的结果得到证实,这两篇论文的理论分析将毫无意义。

物理学家马特·巴克利并不认为“暗能量研究”的结论会降低科学家对这场争论的兴趣,他认为像普林和斯洛萨这样的研究小组提出的问题实际上是对的。然而,他也指出,任何新理论都必须与所有现有数据相匹配。

对于“哈勃争论”,提出一个新的物理理论肯定是最有趣的解决方案,但是一个新的哈勃常数测量方法可能很快就会出现,它既不使用附近天体的距离梯度,也不使用古代的宇宙辐射。引力波可能值得一试。科学家可以将中子星碰撞发出的光与引力波进行比较,并用这种方法来估算哈勃常数。然而,用这种方法计算一个可靠的哈勃常数可能还需要10年左右的时间。目前,“哈勃争论”仍然是科学家们观察的焦点,并将继续吸引理论物理学家的注意。

“我们想知道对这一争端是否有一个简单的解释。从理论角度来看,这个问题变得越来越有趣,”普拉特说。“我们的兴趣主要与目前不断完善的实验水平有关,人们越来越关注这个问题。”