簡(jiǎn)介：我們都知道宇宙一直在膨脹?？茖W(xué)家有很多不同的方法來(lái)衡量這種膨脹。好消息是這些方法得到的數(shù)量大致相同。壞消息是他們沒(méi)有得到完全相同的數(shù)字。一組方法獲得一個(gè)數(shù)字，另一組方法獲得另一個(gè)數(shù)字。這種差異已經(jīng)存在一段時(shí)間了，而且沒(méi)有好轉(zhuǎn)。

宇宙有問(wèn)題。

或者，可能是我們觀察的方式有問(wèn)題。不管是哪種情況，都讓人覺(jué)得可疑。

簡(jiǎn)而言之，宇宙正在膨脹。有一大堆不同的方法來(lái)測(cè)量這種膨脹。好消息是這些方法都得到了大致相同的數(shù)字。壞消息是他們得到的數(shù)字并不完全相同。一組方法得到一個(gè)數(shù)字，而另一組得到另一個(gè)數(shù)字。

這種差異已經(jīng)存在了一段時(shí)間，并且沒(méi)有得到改善。事實(shí)上，它正在變得更糟（正如天文學(xué)家常說(shuō)的那樣，兩種方法之間的矛盾越來(lái)越大）。這兩組方法之間的最大區(qū)別是，一組方法著眼于宇宙中相對(duì)較近的事物，而另一組則著眼于非常遙遠(yuǎn)的事物。要么是我們做錯(cuò)了什么，要么是宇宙在遠(yuǎn)處做的事情與近處不同。

剛剛發(fā)表的一篇新論文使用了一種巧妙的方法來(lái)測(cè)量附近星系的膨脹，它所發(fā)現(xiàn)的與其他 "附近物體 "的方法完全一致。這可能有幫助，也可能沒(méi)有幫助。

退一萬(wàn)步講......我們知道宇宙正在膨脹已經(jīng)有一個(gè)世紀(jì)左右了。我們看到星系都在遠(yuǎn)離我們，一個(gè)星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它看起來(lái)就移動(dòng)得越快。據(jù)我們所知，一個(gè)星系的距離和它看起來(lái)移動(dòng)的速度之間存在著緊密的關(guān)系。因此，比如說(shuō)，一個(gè)1兆帕*（縮寫(xiě)為Mpc）的星系可能以每秒70公里的速度遠(yuǎn)離我們，而兩倍于此的星系（2兆帕）則以兩倍的速度（140公里/秒）移動(dòng)著。

該比率似乎保持了很長(zhǎng)的距離，因此我們將其稱為哈勃常數(shù)，或者H0（發(fā)音為 "H naught"），這是根據(jù)最早提出這個(gè)想法的埃德溫-哈勃所命名的名字。它是以每兆焦距每秒公里數(shù)的奇怪單位來(lái)衡量的（或者說(shuō)每段距離的速度--如果某樣?xùn)|西離我們更遠(yuǎn)，它就移動(dòng)得更快）。

觀察較近的物體如附近星系中的恒星、爆炸的恒星等的方法得到的H0大約是73公里/秒/Mpc。但更遙遠(yuǎn)的東西，如宇宙微波背景和重子聲學(xué)振蕩的方法得到的數(shù)字就比較小，大概是68公里/秒/Mpc。

它們是很接近，但它們不一樣。鑒于這兩種方法似乎都是一致的，那么這就是一個(gè)有待商榷的問(wèn)題。到底發(fā)生了什么事？

這篇新論文用了一種很酷的，叫做表面亮度波動(dòng)的方法去分析。這是一個(gè)花哨的名字，但它實(shí)際上涉及一個(gè)非常直觀的想法。

想象一下，你站在一片森林的邊緣，就在一棵樹(shù)的前面。因?yàn)槟汶x得很近，所以你的視野中只看到一棵樹(shù)。往后退一點(diǎn)，你可以看到更多的樹(shù)。再退遠(yuǎn)一點(diǎn)，你就能看到更多。

銀河系也是如此。用望遠(yuǎn)鏡可以觀察到一個(gè)近在咫尺的星系。在你相機(jī)的一個(gè)特定像素中，你可能會(huì)看到十顆星星，所有的星星都被模糊在這個(gè)單一的像素中。但是由于統(tǒng)計(jì)學(xué)的原因，另一個(gè)像素可能只能看到15顆（比第一個(gè)像素亮50%），另一個(gè)5顆（比第一個(gè)像素亮一半）。

現(xiàn)在，我們來(lái)看看一個(gè)在各方面都相同、但距離是原星系兩倍的星系。在一個(gè)像素中，你可能會(huì)看到20顆恒星，而在其他像素中，你會(huì)看到27顆和13顆（相差約35%）。在10倍的距離上，你看到的是120顆、105顆和90顆（相差大約10%）-- 請(qǐng)注意，我在這里簡(jiǎn)化了這個(gè)問(wèn)題，只是把它作為一個(gè)例子編造了一些數(shù)字。但重點(diǎn)在于，星系越遠(yuǎn)，亮度的分布就越平滑（與每個(gè)像素的總量相比，像素之間的差異就越?。?。不僅如此，它的平滑程度是你可以測(cè)量和分配一個(gè)數(shù)字的。

橢圓星系IC 2006，它距離地球約6500萬(wàn)光年。資料來(lái)源：歐空局 / Hubble和美國(guó)國(guó)家航空航天局 圖片致謝。Judy Schmidt和J. Blakeslee（多米尼克天體物理學(xué)觀測(cè)站）。

請(qǐng)注意，該圖片與科學(xué)發(fā)布無(wú)關(guān)。

橢圓星系IC 2006，它距離地球約6500萬(wàn)光年。資料來(lái)源：歐空局/Hubble和美國(guó)國(guó)家航空航天局 圖片致謝。Judy Schmidt和J. Blakeslee (Dominion Astrophysical Observatory)?？茖W(xué)已確認(rèn)過(guò)。M. Carollo (ETH, 瑞士)

在現(xiàn)實(shí)中，情況要遠(yuǎn)比這更復(fù)雜。如果一個(gè)星系正忙于在某一區(qū)域制造恒星，它就會(huì)使數(shù)字發(fā)生變化，所以最好是看橢圓星系，它已經(jīng)有十億年沒(méi)有制造新的恒星了。而且銀河系和我們的距離需要離得足夠近，我們才能得到好的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，那么這就把它限制在可能有3億光年遠(yuǎn)和更近的地方。你還必須考慮到塵埃、圖像中的背景星系、星系團(tuán)、以及星系如何在其中心擁有更多的恒星，等等。

但所有這些都是已知的，而且是相當(dāng)直接的糾正。

當(dāng)他們做完這一切后，他們得到的H0的數(shù)字是（我先在這里賣個(gè)關(guān)子......）73.3公里/秒/Mpc（不確定性大約為±2公里/秒/Mpc），與其他近距離的方法一致，與其他使用遠(yuǎn)距離方法的小組是非常不同的。

在某種程度上這是意料之中的，但這又讓人確信，我們確實(shí)錯(cuò)過(guò)了一些重要的東西。

所有的方法都有其問(wèn)題，但它們的不確定性相當(dāng)小。要么我們真的低估了這些不確定性（是可能的，但在這一點(diǎn)上有些不太可能），要么只能說(shuō)宇宙的行為方式是我們預(yù)料不到的。

如果讓我打賭，我會(huì)選擇后者。

為什么？因?yàn)橛钪嬉恢比绱?。宇宙是很棘手的。?0世紀(jì)90年代以來(lái)，我們就知道膨脹已經(jīng)偏離了常數(shù)。天文學(xué)家看到，非常遙遠(yuǎn)的爆炸恒星總是比簡(jiǎn)單的測(cè)量所顯示的更遠(yuǎn)，這使他們認(rèn)為宇宙現(xiàn)在的膨脹速度比過(guò)去快，這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致了暗能量的發(fā)現(xiàn)--加速宇宙膨脹的神秘實(shí)體。

阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡對(duì)早期宇宙所做的巨大調(diào)查的一部分，顯示出大爆炸遺留下來(lái)的輻射中的微小溫度波動(dòng)。這些變化最終形成了星系、恒星和你。資料來(lái)源：ACT合作

當(dāng)我們觀察非常遙遠(yuǎn)的物體時(shí)，我們看到的是它們?cè)谶^(guò)去的樣子，即宇宙更早期的時(shí)候。如果宇宙的膨脹率當(dāng)時(shí)（比如說(shuō)120-138億年前）與現(xiàn)在（不到10億年前）不同，我們便可以得到兩個(gè)不同的H0值?；蛘哒f(shuō)，宇宙的不同部分以不同的速度膨脹。

如果膨脹率發(fā)生了變化，這將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這意味著宇宙不是我們認(rèn)為的那個(gè)年齡（我們以膨脹率來(lái)追溯年齡），這意味著它大小不同，也意味著事情發(fā)生的時(shí)間不同。同時(shí)也意味著發(fā)生在早期宇宙的物理過(guò)程發(fā)生在不同的時(shí)間，也許還有其他的過(guò)程影響了膨脹率。

所以，是的，這很混亂。要么是我們對(duì)宇宙的行為方式理解得不夠透徹，要么就是我們沒(méi)有正確地測(cè)量它。無(wú)論哪種方式，這都很痛苦。因?yàn)槲覀儾恢赖降资悄姆N情況。

這篇新的論文使它看起來(lái)更像是真實(shí)的差異，而宇宙本身就是罪魁禍?zhǔn)?。但這并不是決定性的因素。我們?nèi)孕枥^續(xù)努力，不斷降低不確定性，并不斷嘗試新的方法，希望在某個(gè)時(shí)候我們會(huì)有足夠的數(shù)據(jù)指向某個(gè)東西并說(shuō)："阿哈！"

我想，那將會(huì)是很有趣的一天。當(dāng)這樣的時(shí)刻來(lái)臨時(shí)，我們對(duì)宇宙的理解將有一個(gè)很大的飛躍，然后宇宙學(xué)家將不得不尋找其他東西來(lái)爭(zhēng)論。他們肯定會(huì)這樣做的。畢竟宇宙是個(gè)很大的地方，有很多東西值得爭(zhēng)論不休。

*一個(gè)準(zhǔn)星是長(zhǎng)度單位，相當(dāng)于3.26光年（或1/12凱瑟爾）。這是個(gè)很奇怪的單位，我知道，但它有很多歷史意義，并且與我們測(cè)量距離的很多種方法有關(guān)聯(lián)。觀察星系的天文學(xué)家們喜歡使用兆帕斯卡的距離單位，其中1兆帕斯卡是326萬(wàn)光年。這比我們和仙女座星系之間的距離要長(zhǎng)一點(diǎn)。

BY: Phil Plait

FY: 米曉雨

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處