哈勃常數，看似平常，實則危機四伏

自2014年起，哈勃常數的測量值——現在宇宙膨脹的速率，出現了争議。遠處星體所得的測量數據比近處星體測量數據小約10%。雖然它們聽起來相差不大（事實上并不是這樣，巨大的科學成就總是需要最精準的測量值），但它們的不确定性應該隻有2%。 從統計學上講，在2%的不确定性中，10%的誤差需要引起重視，并進行調查。從2014年起，人們提出了300多種解決這個“宇宙學危機”的方案。但沒有一種方案得到了宇宙學家的普遍贊同，而且随着科學家們繼續進行着測量，危機還在加大。

LCDM模型

我們對宇宙學的現代理解正在瀕臨險境。我們把它概括為 λ-CDM模型，縮寫為LCDM模型。像其他科學模型一樣，這個模型做了幾個基本假設。它假設了廣義相對論在宇宙學尺寸下适用，且宇宙具有各向同性，宇宙是平坦的，其中有一些地方是空的，被稱作暗物質，不對普通物質有任何反應（CDM就是指冰冷的暗物質）。還有一些其他物質稱作暗能量（即λ），在宇宙膨脹中維持着宇宙密度。

一旦這些假設被确立了（在大量觀測事實上，它們的确被确立了）， LCDM就隻有六個自由參數。你需要做各種宇宙測量，去得到這些數據。而你一旦得到了這些參數，就可以預測所有關于宇宙的事，包括且不僅限于現在的宇宙膨脹速率。

固定這些參數的最好方法是宇宙微波背景輻射（CMB）,它是宇宙誕生38萬年時留下來的光。CMB用處很多，它很宏大，容易測量，容易理解。

當你擁有了CMB測量值之後，就可以像歐洲航天局的普朗克衛星任務一樣，填補LCDM的未知部分，掌握住宇宙的整個曆史。

通往星星的天梯

這就帶來了緊張氣氛。早期宇宙測量帶給我們大量LCDM參數的信息，這些信息不僅來自CMB,還來自重子聲學振蕩——早期宇宙中的巨大聲波在宇宙中遊蕩留下的星系的微小位移，以及大量光的元素。

不管你怎樣結合早期宇宙測量數據去完成LCDM模型，你最終都會得到哈勃常數大約為68km/s/Mpc。

那麼，問題解決了。是嗎？不，沒有那麼快。

你還可以直接測量哈勃常數。你需要測量大量物體的距離和速度，可以選擇Ia型超新星，星系性質，米拉變星和一些類型的紅巨星。

除了紅巨星，其他方法測得的哈勃常數為一個較高的數字——超過74km/s/Mpc。

有趣卻有些沮喪的是，紅巨星測得的結果恰在這兩個極端數字之間——因此，我們迎來了危機。

無解決之路

我們已經有兩種截然不同的方法來測量哈勃常數，每一種都經過了實驗檢驗，研究理解。LCDM模型在預測很多宇宙觀測上取得了巨大成功，沒有人願意抛棄這個模型。CMB的測量值是精确的——幾乎是目前天文學曆史上最精準的測量。

從另一方面來說，超新星的測量也是合理的。一些其他的探測器給出了類似的哈勃常數值。早期宇宙與後期宇宙，整體測量與當地測量，大尺度與小尺度，都形成了對比——不管你怎樣區分它們，我們始終有兩種應當吻合的看法出現了分歧。我們本該有一個普遍的，一緻的測量結果，但我們沒有。

宇宙學家對這個“危機”很感興趣，因為自20多年前，我們發現暗能量之後，再沒有出現如此有趣之事。當測量結果發生分歧，這是自然界在悄悄告訴我們，這裡有一個新的空間，一個新的機會讓我們揭開宇宙更多的真相。

迄今為止，已有300多種宇宙危機的解決方案。有人呼籲在CMB上進行更多的物理研究，有人認為暗能量近年研究中在作怪，有人從更基礎的方面改變了物理理論，使觀測結果變得更複雜。

但是，沒有一個方案能解釋大量宇宙學事實，我們距達成一緻還有很長的路。

我個人相信“一件趣事，很可能是一件錯事。”這次危機最無聊的解釋是：在我們局部尺度測量哈勃常數的過程中，出現了差錯。

但隻有時間會告訴我們真相。

BY: Paul M. Sutter

FY: 靜狸

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