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争议中的哈勃常数

作者:苗千

2020-03-25·阅读时长5分钟

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哈勃常数以美国天文学家埃德温· 鲍威尔· 哈勃的名字命名


宇宙膨胀到底有多快?进入2020年后,关于这个宇宙学基本问题,宇宙学家之间的争论仍然在继续,并且有愈演愈烈的趋势。

以广义相对论为理论基础,加上对于宇宙大爆炸的回响——宇宙微波背景辐射的探测,人类在20世纪逐渐开创了宇宙学研究,并且建立起了“宇宙标准模型”(Standard Model of Cosmology,ΛCDM Model),其中包含了宇宙微波背景辐射、暗能量、冷暗物质和宇宙的大尺度结构等构成宇宙的基本因素,还包含一个基本常数——哈勃常数(Hubble Constant),用以描述宇宙的膨胀速度。

问题在于,哈勃常数的数值究竟是多少?这个问题并不容易回答。进行大尺度的宇宙学探测,必须考虑各方面影响可能造成的误差。通过不同方式计算出的哈勃常数各有不同。不过近几年来,宇宙学家们通过两种完全不同的方法测量哈勃常数,得出的数值总是有较大差距,这使宇宙学家们逐渐分成两派。有越来越多的宇宙学家投入到测量哈勃常数的竞赛中来,各种新方法也开始不断涌现。

宇宙学家们最初希望通过普朗克卫星在2013年测量宇宙各个方向的微波背景辐射的数据来推算出宇宙的早期形态,并由此计算出哈勃常数的精确数值。由这个方法得出的哈勃常数数值大约为67(意为天体与地球的距离每增加大约300万光年,其相对于地球退行的速度就会增加67公里每秒)。

与之相对的另一种方法,是诺贝尔奖得主、约翰·霍普金斯大学的宇宙学家亚当·里斯(Adam Riess)多年来对宇宙膨胀速度进行直接观测,他得出的哈勃常数数值大约为74,明显高于通过普朗克卫星测得的数值。里斯的测量数据并非孤例,他得到了来自其他宇宙学家的支持。2019年,有三组独立的宇宙学家分别通过不同的方式测量哈勃常数,得出的数值都与里斯的测量结果接近。

通过两种方法得出的哈勃常数有明显差异。这是否说明宇宙标准模型可能有所欠缺,需要修改?2019年7月,诺贝尔奖得主、卡维利理论物理研究所前所长戴维·格罗斯(David Gross)在一次会议上评价这个事件是一个物理学“危机”。

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