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很多人无法理解哈勃常数,它的值是67km/s/Mpc,或73.2 km/s/Mpc,也可写作2.17×10^−18 m/s/m,或2.37×10^−18 m/s/m。
是不是太高深莫测了?它的单位是公里/秒/秒差距,或米/秒/米,实际代表的是宇宙膨胀速度,相距一个秒差距的两个点以每秒67公里的速度互相远离,或相距1米的两个点以每秒2.17×10^−18米/秒的速度互相远离。
你可能会说,这还是太难以理解了!好吧,今天我就非要让你搞清楚这个宏大的问题!
◆ 01 宇宙版“葡萄干面包”,先搞懂咋回事
你手上拿着一个正在发酵的葡萄干面包。
面包胚 = 宇宙空间
葡萄干 = 星系(比如我们的银河系)
当面包受热膨胀时,你会发现一个奇妙的现象:每一颗葡萄干都在远离其他所有的葡萄干。
更重要的是,两颗葡萄干离得越远,它们相互远离的速度就越快! 这不是因为葡萄干自己在“跑”,而是它们之间的“面包胚”(也就是空间本身)在伸展!
这就是宇宙膨胀的精髓。它不是星系在宇宙这个大房子里飞来飞去,而是“房子”本身在变大!
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◆ 02 “哈勃张力”,一个让科学家抓狂的矛盾
那宇宙膨胀究竟有多快呢?
科学家们用来测量宇宙膨胀速度的数值,叫做“哈勃常数”。但要命的是,我们用两种最准的方法去测量它,却得出了两个不同的答案!
方法一:看宇宙的“出厂设置”
通过观测宇宙大爆炸“余晖”——宇宙微波背景辐射,科学家们推算出宇宙的膨胀速度大约是67 km/s/Mpc。
也就是相距100万秒差距(326万光年)远的两个星系,每秒钟会相互远离67公里。
我们银河系和仙女座相距254万光年,理论上仙女座应该以52公里/秒的速度远离我们。但由于仙女座离我们太“近”了,星系之间强大的引力正在把它们互相拉近,以110公里/秒的速度相互靠近,最终可能在50多亿年后撞在一起!
方法二:用身边的“宇宙灯塔”
通过观测我们附近宇宙中像灯塔一样明暗闪烁的“造父变星”,科学家们测出的速度却是 73.2 km/s/Mpc。
67 vs 73.2
这个看似微小的差异,却在宇宙学界掀起了滔天巨浪,被称为“哈勃张力”。它意味着我们对宇宙的理解可能存在着根本性的错误,宇宙的“说明书”,居然对不上了!
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◆ 03 所以,宇宙膨胀速度到底有多快?
这些数字要么太大,要么太小,我们来直观地感受一下。
场景一:我们和邻居恒星(比邻星)
比邻星离我们4.2光年。如果只考虑宇宙膨胀(用73.2那个更快的速度算),我们每年会相互远离多少?
答案是:大约2900公里!
是不是有点吓人?先别慌!
现实是,我们和比邻星都被银河系巨大的引力像“钢缆”一样牢牢拴住。宇宙膨胀那点微弱的“拉力”,和引力比起来简直不值一提。所以,放心,我们的邻居永远不会因为宇宙膨胀而跑路。
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场景二:北京和上海(距离1000公里)
比邻星还是太远,不够直观。好吧,北京和上海距离约1000公里,假如宇宙膨胀会让它们相互远离,速度是多少呢?
计算下来是每年会远离70微米,大约是一根头发丝的宽度,所以宇宙膨胀其实非常地慢。
可以对比的是,地球上板块运动的速度大约是1年2厘米,和我们指甲生长速度差不多。
这意味着板块分离的速度都比宇宙膨胀快几百倍,非洲已经分裂成两个大陆了,宇宙也不会膨胀多少!
◆ 04 惊天脑洞!我们是不是住在“宇宙空洞”里?
既然宇宙膨胀在近处和远处“跑”得不一样快,那有没有一种可能……是我们自己的位置很特殊?
最近,一项轰动科学界的研究提出了一个大胆的假说:我们所在的银河系,可能正位于一个直径20亿光年的巨大“宇宙空洞”的中心!
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“空洞”不是真空,而是物质密度远低于宇宙平均水平的区域。就像你住在车流稀疏的“郊区”,周围都是车水马龙的“市区”。
“市区”(高密度区)强大的引力,会把我们“郊区”(空洞)的物质往外拉。这就导致我们本地的膨胀速度(测出来是73.2),看起来比整个宇宙的平均速度(67)要更快!
如果这个假说成立,那“哈勃张力”这个困扰科学家几十年的世纪难题,就被完美解决了!它也意味着,我们对宇宙的看法需要一次重大更新。
7月9日,在英国达勒姆举行的皇家天文学会全国天文学会议上,英国朴茨茅斯大学天文学家因德拉尼尔·巴尼克(Indranil Banik)团队分享了他们这一研究成果。
你觉得这个“空洞理论”靠谱吗?来评论区聊聊你的看法吧!
参考文献:
1. Turner, Ben. (2025, July 10). Echoes from the Big Bang suggest Earth is trapped inside a giant cosmic void, scientists claim. Live Science.
2. Keenan, R. C., Barger, A. J., & Cowie, L. L. (2013). Evidence for a \~300 Mpc Scale Under-density in the Local Galaxy Distribution. The Astrophysical Journal, 775(1), 62.
3. Riess, A. G., et al. (2022). A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km/s/Mpc Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team. The Astrophysical Journal Letters, 934(1), L7.
4. Aghanim, N., et al. (Planck Collaboration). (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics, 641, A6.
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