新数据再次引发争论:宇宙的膨胀速度究竟有多快?

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2017-02-03

本文讨论了宇宙膨胀速度的测量及其相关问题,介绍了哈勃常数的概念及其测量方法,包括利用造父变星、Ia型超新星、CMB和引力透镜效应等。文章指出,不同的测量方法得出的哈勃常数值存在差异,这可能表明现有的宇宙学模型存在问题。

将近一个世纪以来,我们一直都知道宇宙正在膨胀。早在1929年的时候,埃德温·哈勃基于亨丽爱塔·勒维特和其他人的工作,发现星系正在远离我们。自那之后,我们想出了一系列方法来测量宇宙的膨胀率。这些方法得出的结果都有一点差异,因此我们至今仍然不知道宇宙究竟膨胀的有多快。想要知道宇宙的膨胀速度,我们只要测量一个物理参数,即“哈勃常数”。哈勃常数越大,就代表宇宙的膨胀率越大。

在宇宙之中,有一种特别的变星叫造父变星,它的光变周期与它的光度成正比,因此可用于测量星系的距离。哈勃通过测量造父变星的亮度得出星系的距离,并结合维斯托·斯里弗的星系红移资料,他得出了星系的距离和红移的粗略关系。哈勃最初的计算得出哈勃常数大约为500千米/(秒·百万秒差距),但这个值直接导致了宇宙学危机。如果哈勃测量的值是对的,那么宇宙的年龄只有20亿年,而地质证据显示地球的年龄大约为40多亿年。

地球怎么可能比宇宙存在的时间还久?当然,在那个时候我们对距离的测量精确度远不如今天。现在,我们对哈勃常数的测量已经越来越精确,这个值被确定在70千米/(秒·百万秒差距)左右,因此宇宙的年龄为140亿年左右。天文学家发展了不同的方法,利用不同的数据类型来计算哈勃常数,它们都得出类似的结果。虽然这些不同的方法得出的值大致上都吻合,但并不是完全一致的。

不同的方法得出的结果不吻合说明现有的宇宙模型似乎有问题。我们现在的宇宙学模型称为LCDM模型,包括普通物质、暗物质和暗能量。而现在,天文学家利用一种新的方法来测量哈勃常数,其结果引起了热烈的讨论。这个测量哈勃常数的新途径是通过叫引力透镜的效应。最终给出的哈勃常数为71.9 ± 2.7 千米/(秒·百万秒差距)。这一结果与天文学家利用造父变星和Ia型超新星测得的值一致,但与CMB的结果有较大的差异。

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