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简介:我们都知道宇宙一直在膨胀。科学家有许多差其余方式来权衡这种膨胀。好新闻是这些方式获得的数目大致相同。坏新闻是他们没有获得完全相同的数字。一组方式获得一个数字,另一组方式获得另一个数字。这种差异已经存在一段时间了,而且没有好转。

宇宙有问题。

或者,可能是我们考察的方式有问题。不管是哪种情形,都让人以为可疑。

简而言之,宇宙正在膨胀。有一大堆差其余方式来丈量这种膨胀。好新闻是这些方式都获得了大致相同的数字。坏新闻是他们获得的数字并不完全相同。一组方式获得一个数字,而另一组获得另一个数字。

这种差异已经存在了一段时间,而且没有获得改善。事实上,它正在变得更糟(正如天文学家常说的那样,两种方式之间的矛盾越来越大)。这两组方式之间的最大区别是,一组方式着眼于宇宙中相对较近的事物,而另一组则着眼于异常遥远的事物。要么是我们做错了什么,要么是宇宙在远处做的事情与近处差异。

刚刚揭晓的一篇新论文使用了一种巧妙的方式来丈量周围星系的膨胀,它所发现的与其他 "周围物体 "的方式完全一致。这可能有辅助,也可能没有辅助。

退一万步讲......我们知道宇宙正在膨胀已经有一个世纪左右了。我们看到星系都在远离我们,一个星系离我们越远,它看起来就移动得越快。据我们所知,一个星系的距离和它看起来移动的速率之间存在着慎密的关系。因此,好比说,一个1兆帕*(缩写为Mpc)的星系可能以每秒70公里的速率远离我们,而两倍于此的星系(2兆帕)则以两倍的速率(140公里/秒)移动着。

该比率似乎保持了很长的距离,因此我们将其称为哈勃常数,或者H0(发音为 "H naught"),这是凭证最早提出这个想法的埃德温-哈勃所命名的名字。它是以每兆焦距每秒公里数的新鲜单元来权衡的(或者说每段距离的速率--若是某样器械离我们更远,它就移动得更快)。

考察较近的物体如周围星系中的恒星、爆炸的恒星等的方式获得的H0约莫是73公里/秒/Mpc。但更遥远的器械,如宇宙微波靠山和重子声学振荡的方式获得的数字就对照小,也许是68公里/秒/Mpc。

它们是很靠近,但它们纷歧样。鉴于这两种方式似乎都是一致的,那么这就是一个有待商讨的问题。到底发生了什么事?

这篇新论文用了一种很酷的,叫做外面亮度颠簸的方式去剖析。这是一个花哨的名字,但它现实上涉及一个异常直观的想法。

想象一下,你站在一片森林的边缘,就在一棵树的前面。由于你离得很近,以是你的视野中只看到一棵树。往退却一点,你可以看到更多的树。再退远一点,你就能看到更多。

银河系也是云云。用望远镜可以考察到一个近在咫尺的星系。在你相机的一个特定像素中,你可能会看到十颗星星,所有的星星都被模糊在这个单一的像素中。然则由于统计学的缘故原由,另一个像素可能只能看到15颗(比第一个像素亮50%),另一个5颗(比第一个像素亮一半)。

现在,我们来看看一个在各方面都相同、但距离是原星系两倍的星系。在一个像素中,你可能会看到20颗恒星,而在其他像素中,你会看到27颗和13颗(相差约35%)。在10倍的距离上,你看到的是120颗、105颗和90颗(相差约莫10%)-- 请注重,我在这里简化了这个问题,只是把它作为一个例子编造了一些数字。但重点在于,星系越远,亮度的漫衍就越平滑(与每个像素的总量相比,像素之间的差异就越小)。不仅云云,它的平滑水平是你可以丈量和分配一个数字的。

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椭圆星系IC 2006,它距离地球约6500万光年。资料泉源:欧空局 / Hubble和美国国家航空航天局 图片致谢。Judy Schmidt和J. Blakeslee(多米尼克天体物理学观察站)。

请注重,该图片与科学宣布无关。

椭圆星系IC 2006,它距离地球约6500万光年。资料泉源:欧空局/Hubble和美国国家航空航天局 图片致谢。Judy Schmidt和J. Blakeslee (Dominion Astrophysical Observatory)。科学已确认过。M. Carollo (ETH, 瑞士)

在现实中,情形要远比这更庞大。若是一个星系正忙于在某一区域制造恒星,它就会使数字发生转变,以是最好是看椭圆星系,它已经有十亿年没有制造新的恒星了。而且银河系和我们的距离需要离得足够近,我们才气获得好的统计数据,那么这就把它限制在可能有3亿光年远和更近的地方。你还必须思量到灰尘、图像中的靠山星系、星系团、以及星系若何在其中央拥有更多的恒星,等等。

但所有这些都是已知的,而且是相当直接的纠正。

当他们做完这一切后,他们获得的H0的数字是(我先在这里卖个关子......)73.3公里/秒/Mpc(不确定性约莫为±2公里/秒/Mpc),与其他近距离的方式一致,与其他使用远距离方式的小组是异常差其余。

在某种水平上这是意料之中的,但这又让人确信,我们确实错过了一些主要的器械。

所有的方式都有其问题,但它们的不确定性相当小。要么我们真的低估了这些不确定性(是可能的,但在这一点上有些不太可能),要么只能说宇宙的行为方式是我们预料不到的。

若是让我赌博,我会选择后者。

为什么?由于宇宙一直云云。宇宙是很棘手的。自20世纪90年月以来,我们就知道膨胀已经偏离了常数。天文学家看到,异常遥远的爆炸恒星总是比简朴的丈量所显示的更远,这使他们以为宇宙现在的膨胀速率比已往快,这反过来又导致了暗能量的发现--加速宇宙膨胀的神秘实体。

阿塔卡马宇宙学望远镜对早期宇宙所做的伟大观察的一部门,显示出大爆炸遗留下来的辐射中的细小温度颠簸。这些转变最终形成了星系、恒星和你。资料泉源:ACT互助

当我们考察异常遥远的物体时,我们看到的是它们在已往的样子,即宇宙更早期的时刻。若是宇宙的膨胀率那时(好比说120-138亿年前)与现在(不到10亿年前)差异,我们便可以获得两个差其余H0值。或者说,宇宙的差异部门以差其余速率膨胀。

若是膨胀率发生了转变,这将发生深远的影响。这意味着宇宙不是我们以为的谁人岁数(我们以膨胀率来追溯岁数),这意味着它巨细差异,也意味着事情发生的时间差异。同时也意味着发生在早期宇宙的物理历程发生在差其余时间,也许另有其他的历程影响了膨胀率。

以是,是的,这很杂乱。要么是我们对宇宙的行为方式明白得不够透彻,要么就是我们没有准确地丈量它。无论哪种方式,这都很痛苦。由于我们不知道到底是哪种情形。

这篇新的论文使它看起来更像是真实的差异,而宇宙自己就是罪魁罪魁。但这并不是决议性的因素。我们仍需继续起劲,不停降低不确定性,并不停实验新的方式,希望在某个时刻我们会有足够的数据指向某个器械并说:"阿哈!"

我想,那将会是很有趣的一天。当这样的时刻来暂且,我们对宇宙的明白将有一个很大的飞跃,然后宇宙学家将不得不寻找其他器械来争论。他们一定会这样做的。事实宇宙是个很大的地方,有许多器械值得争论不休。

*一个准星是长度单元,相当于3.26光年(或1/12凯瑟尔)。这是个很新鲜的单元,我知道,但它有许多历史意义,而且与我们丈量距离的许多种方式有关联。考察星系的天文学家们喜欢使用兆帕斯卡的距离单元,其中1兆帕斯卡是326万光年。这比我们和仙女座星系之间的距离要长一点。

BY: Phil Plait

FY: 米晓雨

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