天塌了！最新宇宙学大危机诞生：科学家其实测不出宇宙膨胀有多快

一百年前，天文学家开始发现宇宙并非一直保持相同的大小，而是在不断膨胀。

然而，如果你问一群天文学家宇宙膨胀的速度究竟有多快，却得不到一个统一的答案。

目前的估计值集中在两个不同的数值附近，但分歧相当大，以至于有人称之为“宇宙学危机”。

2021年，100亿美金打造的堪称当下最强的的詹姆斯·韦伯太空望远镜发射升空，科学家们一度希望它能解决这一危机。

然而，韦伯太空望远镜不仅没解决问题，最近的观测和发现反而让情况变得更加复杂了！

甚至正在揭示全新的物理学规律！

从哈勃的发现到宇宙学危机

关于宇宙膨胀的假说和问题，这还要从1929年说起。当时美国天文学家埃德温·哈勃发表了一篇论文，宣布夜空中的许多星系正在远离我们。

换句话说，宇宙正在膨胀：但不是星系本身在移动，而是星系之间的空间在扩张。

宇宙膨胀的速度而且还随时间变化，天文学家将当前的膨胀速率称为“哈勃常数”（H₀）。哈勃甚至给出了一个估计值：530公里/秒/百万秒差距（Mpc）。

这个数值对非天文学家来说可能意义不大，因此这里稍作解释下。

百万秒差距（Mpc）是一个距离单位，1 Mpc大约等于300万光年，或者说31万亿公里。举个例子，银河系与最近的仙女座星系之间的距离约为0.8 Mpc，而整个可观测宇宙的直径约为30000 Mpc。如果哈勃常数的值真的是530，那么距离我们1 Mpc的星系将以每秒530公里的速度远离我们，2 Mpc的星系则以每秒1060公里的速度远离，以此类推。

然而，随着时间的推移，天文学家发现哈勃的估计值偏差很大。

得益于更先进的太空望远镜和更精确的数据，我们现在知道哈勃常数的真实值大约在70公里/秒/Mpc左右。但问题在于，不同研究团队使用不同的方法测量哈勃常数，得到的数值并不一致。这一分歧最终引发了所谓的“宇宙学危机”，因此也有人称之为“哈勃冲突”。

两大阵营的对立

目前，测量哈勃常数的研究主要分为两大阵营：CMB阵营和距离阶梯阵营。CMB阵营通过研究宇宙微波背景辐射（CMB），即宇宙大爆炸后几十万年发出的最古老的光，来推导哈勃常数。他们的模型基于已知的物理定律和宇宙微波背景辐射数据，通过计算机模拟重建宇宙的历史，最终得出哈勃常数的值约为67公里/秒/Mpc。

而距离阶梯阵营则通过直接观测距离我们几百万秒差距的星系，测量它们的距离和速度来计算哈勃常数。他们的方法依赖于“标准烛光”，即那些无论距离多远都保持相同亮度的天体，例如某些类型的恒星和超新星。距离阶梯阵营得出的哈勃常数约为73公里/秒/Mpc。

虽然这两个数值看起来相差不大，但关键在于它们的误差范围并不重叠！

CMB阵营的误差范围非常小，约为67.4±0.5，而距离阶梯阵营的误差范围约为73±1。这意味着两者的测量结果在统计学上存在显著差异，根本无法用随机误差来解释。

而韦伯太空望远镜的发射曾被视为解决这一危机的希望。凭借异常强大的分辨率，韦伯太空望远镜有望提供更精确的观测数据，从而帮助天文学家构建更准确的距离阶梯，进而得出更可靠的哈勃常数值。

然而，2024年，韦伯太空望远镜的首批研究结果却让情况变得更加复杂。

两个研究团队分析了韦伯太空望远镜的数据，却得出了截然不同的结论。

第一个团队由诺贝尔奖得主亚当·里斯领导，他们分析了上千颗造父变星（一种标准烛光），发现韦伯太空望远镜的数据与哈勃望远镜的数据并无显著差异，因此哈勃常数的值也没有变化。这意味着距离阶梯阵营的结果仍然与CMB阵营的预测不符。

然而，几个月后，资深宇宙学家温迪·弗里德曼的团队公布了他们的研究结果。他们使用了三种不同的标准烛光进行交叉校准，最终得出的哈勃常数值与CMB阵营的预测更加接近。

弗里德曼的团队甚至宣称，哈勃冲突可能已经解决。

然而，里斯团队随后指出，弗里德曼的研究可能存在系统性误差，即数据处理中的某些假设可能导致结果偏向某一方向。目前，弗里德曼的研究尚未通过同行评审，而里斯团队的批评也未正式发表。因此，这场学术争论仍在继续。

系统性误差与新物理学的可能性

这场争论的核心在于系统性误差：那些在数据处理中未被完全考虑的小假设，可能会使结果产生一致的偏差。无论是里斯团队还是弗里德曼团队，他们的计算都基于大量关于宇宙如何运作的假设，从恒星的演化到亚原子粒子的行为。

而大多数宇宙学家认为，哈勃冲突可能是由于某些假设出了问题。

然而，如果里斯团队是对的，韦伯太空望远镜无法得出与宇宙微波背景辐射预测更接近的哈勃常数值，那么这可能意味着我们需要发现新的物理学规律。例如，暗能量，被认为是推动宇宙加速膨胀的神秘力量，可能并非恒定不变，而是随时间变化！

如果真是如此，这将是几十年来物理学领域最重大的发现之一。

尽管韦伯太空望远镜的研究结果尚未定论，但它并不是唯一可能解决这一危机的工具。即将建成的薇拉·鲁宾天文台，将能够每几天扫描一次整个南半球天空，进而发现数百万颗超新星，从而提供更丰富的标准烛光数据。

此外，引力波探测器如LIGO也可能为这场争论提供全新的数据视角。

无论最终的结果如何，这场宇宙学危机提醒我们，科学的故事从未完结。

宇宙的奥秘依然深不可测，而正是这些未解之谜让科学充满了活力与魅力。科学的动力就在于永远追求更好更完美的理论！

宇宙膨胀的终极真相进一步揭开，才会让人类更加真正的理解宇宙！

那么，你觉得宇宙为什么会一直膨胀呢？

宇宙膨胀的开头就是宇宙奇点么？

你能给出答案吗？