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宇宙膨胀速率的测量,原本是一项看似简单的科学工作,却因为两个数据之间的巨大差距,演变成了一个让科学家们感到困惑的“哈勃危机”。67.4和73.0之间的悬殊差距,究竟隐藏着怎样的宇宙秘密?

测量宇宙膨胀速率的方法主要有两种,第一种是结合宇宙微波背景辐射和宇宙演化模型,得出的结果为67.4±0.5km/s/Mpc。

地球每离开我们1兆帕斯秒的距离,宇宙就会多运动67.4千米;第二种是通过“标准烛光”测量天体与地球的距离,得出的结果为73.0±1.0km/s/Mpc。

这两个数据之间存在着明显的差距,让原本认为简单的测量工作陷入了一场危机,我们习惯性地把这个危机称为“哈勃危机”,这个名称源于对哈勃望远镜观测数据重新分析的结果。

根据哈勃望远镜的原始资料,科学家得出了67.4km/s/Mpc的测量结果,但后来出现了一些人类无法解释的情况。

这些天文学家使用自己的望远镜观测得到的数据与哈勃存在着巨大差异,其中一位来自瑞士的科学家Richard Anderson测量出来的结果为73.0km/s/Mpc。

这个数字看上去可能不是很大,但是在天文学上已经属于谁也不能忽视的差距了,因为这个67.4和73.0中间还有一整个70,两种方法测量出来的数据竟然相差整整一半,这让我们原本对宇宙膨胀速率的认知完全发生了变革。

从理论上讲,这两种方法其实并没有太大区别,都属于利用人类已知的知识对宇宙进行推算。

如果我们简单地打开物理课本翻阅几页,就会发现我们之所以能够得出这个地球每1兆帕斯秒离开67.4或者73.0千米的结论,完全是因为我们把宇宙作为一个“类人”的生物进行猜想

根据人类自己在地球上的经验,我们发现生物其实是一个动态平衡的体系,在没有外力干涉的情况下,人类会保持静止,而地球则以自己的方式运动,同时地球也以它认识范围内最大的力量——时空的扭曲和拉伸来控制这一切。

从哈勃发现的运动红移现象中,我们得知其实地球也在不停地运动,而宇宙膨胀速率就好像地球上的物理实验一样,让我们有机会用人类自己熟悉的公式和模型进行测算。

那为什么这两种方法得出来的数据会有差距呢?科学家认为可能是因为我们对宇宙的认知出现了偏差,这个偏差可能源自我们自己。

人类天文学发展到今天已经有非常成熟的体系了,我们甚至可以说在某些方面已经达到了近乎完美的地步,而造父变星就是其中之一。

造父变星是我们寻找的第一颗绝对光度天体,同时也是“距离阶梯”的第一级。

所谓“距离阶梯”就好比我们在黑暗中徒手摸索,如果没有一丝一毫的线索和规律可循,那么我们很可能永远无法走出这个黑暗。

而有了规律和线索之后,我们可以先找到造父变星这样的天体,确定它们与自己的距离之后再往上爬一级,直到彻底弄清楚整个宇宙空间中各种天体之间的距禞关系。

造父变星之所以被定义为绝对光度,是因为它们拥有恒定不变且所有天体中独一无二的亮度。也就是说无论你从造父变星这里接收到多强的光信号,都不会因为距离的远近产生衰减。

目前人类发现了十几颗这样的天体,并且都广泛应用在各类研究中,“标准烛光”这个词最早就是用在它们身上的。依靠造父变星测量出来的距离数据已经成为各种天文研究中公认的一等一资料了。

基于此,“标准烛光”也得以广泛应用到宇宙膨胀速率的测量中,科学家通过观测地面上特定天体的视直径和视亮度之比,并且借助计算机模拟出来的模型图案进行对比之后可以得出结论:地球距离这颗天体有多远。

Ia型超新星就是其中应用得最多的一种,“Ia”并不是指超新星本身所属的类型,而是表明这颗超新星已经爆炸了。

和其它恒星一样,超新星也有自己约定俗成的生命周期,从诞生到死去中间经历了各种各样的变化。

超新星爆发就是其中一个阶段,在这个过程中超新星会达到自身亮度和能量释放上的顶峰,并且有很长一段时间保持不衰减。 这些特性让超新星成为测量宇宙膨胀速率非常理想的天体之一。

目前测量工作已经由造父变星大部分完成了90%,超新星只需要简单地拿到测距仪中进行测量即可确定地球与之得到的距离。

但是正是因为这种简单和方便,“标准烛光”似乎揭开了造父变星留下的一个大秘密。

根据Ia型超新星测算出来距离地球有多远,天文学家可以得出地球与其它恒定不变光度的天体之间距离。

而且超新星作为一种质量非常庞大的天体,其爆炸产生的能量也是十分可观的,在日常观测中我们甚至能够感受到超新星在加速运动时产生的时空震荡。

但是令人匪夷所思的是,在近十次测量中竟然出现了超新星对造父变星说谎的情况。 根据超新星测算出来的数据,67.4km/s/Mpc得出来是没有任何问题的。

但当我们拿这个数据去参与到模型构建和计算当中时却发现一个严重偏差,就好比你用错误的密钥打开了正确位置保险箱一样,“打开”的动作虽然完成了,但里面应该有东西却不见了。

分析人士认为如果67.4km/s/Mpc真的存在错误和偏差,那么极有可能会带出一个天文学研究中尚未被理解和发现的现象。

造父变星作为目前精度最高的测量工具之一,在其中留下错误意味着我们对宇宙所做出来认知很可能也是错误的。

进一步研究和商榷可能会在这个错误模型当中发现我们尚未掌握和理解的事物。 从另一个侧面来讲,“标准烛光”与造父变星存在着显而易见的认知差异。

如果我们按照上面描述造父变星被测量完100%正确时应该走过的步骤来看,“标准烛光”的超新星根本就没有任何问题,那67.4和73.0中间缺掉的3.6就应该是超新星自己多爆炸出来的能量和光信号。 这显然是不可能发生的事情。

那么差异究竟从何而来呢?科学家商榷之后认为当前模型构建中存在一个致命缺陷:人类猜想模式。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7422188322170962466

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