难解之谜：大家的宇宙究竟有多大

▲ 狂妄自大发生爆炸至今，宇宙空间一直在澎涨，但澎涨的速率有多快？这一回答也许表明，大家一直以来，自觉得对物理的一切了解，实际上是错的。

中国北京时间 3 月 30 日信息，大家都了解，宇宙空间浩瀚无垠无限。但大家朝一切一个方位放眼望去时，宇宙空间最漫长的由此可见地区大概在 460 亿光年以外。但这事实上，还仅仅大家的一个最好可能，由于没人准确了解，宇宙空间究竟有多大。

大家能见到的最遥远距离，是自宇宙膨胀以后光散播的间距（或是更精确地而言，是以宇宙膨胀中抛射出去的微波辐射）。大概 138 亿光年前，宇宙空间在一场爆发中问世，此后以后，宇宙空间一直在澎涨。可是因为大家并不了解宇宙空间的真实年纪，大家也就难以明确在大家看不到的范畴以外，宇宙空间究竟澎涨到哪些水平。

科学家曾试着应用“哈勃常数”来明确宇宙空间的澎涨水平。它是当今宇宙膨胀速率的一个衡量，哈勃常数能够明确宇宙空间的经营规模，包含宇宙的大小和年纪。

大家何不把宇宙空间对比称一个已经澎涨的汽球。当行星和星球（如同汽球表层的黑斑）变的越来越快地避开彼此之间时，他们中间的间距也越来越大。从大家眼里看去，便是某一星球离大家越发漫长，它暗淡下来的速率也就越快。

▲ 伴随着宇宙膨胀，大家的太阳系正急急忙忙避开别的星球。

造化弄人的是，科学家精确测量哈勃常数的频次越多，大家根据对宇宙空间的了解所创建的预测分析便越毫无根据。一种测量法立即给了大家一个明确的值，而另一种测量法（在于大家对宇宙空间别的主要参数的了解）则得出了不一样的結果。要不这二种测量法全是错的，要不便是大家对宇宙空间的了解存有缺点。

可是如今，专家坚信，她们离回答很近了。自然，这一切，离不了致力于掌握哈勃常数之实质的新试验和观查結果。

做为宇宙学家遭遇的挑戰实际上是一个工程项目挑戰：大家怎样才可以尽量精准、精确地精确测量这一参量？要处理这一挑戰，不但必须得到 精确测量的数据信息，或是以尽量多的方法交叉式检测测量法。从一个生物学家的视角看来，这更好像将拼图图片详细地拼接起來，并非破译疑团。

科学家埃德温・哈勃在 1929 年对哈勃常数开展了初次精确测量，这一参量也恰好是以埃德温・哈勃的姓名取名。初次精确测量将哈勃常数列入 500km/s/Mpc，或是 310miles/s/Mpc。Mpc 表明百万秒差别，一个宇宙空间间距限度，大概等同于 326 万光年的距离。500km/s/Mpc，即代表着，间距地球上的间距每提升一个百万秒差别，星球避开大家的速率便加速 500 公里每秒钟。

在哈勃初次估算宇宙空间含水率后的一个多新世纪中，这一标值曾一次又一次的被往下调整。现如今哈勃常数的值在 67km/s/Mpc 到 74km/s/Mpc 中间。一部分缘故取决于，精确测量的方法不一样，哈勃常数也会各有不同。

有关哈勃常数差别的大部分表述觉得，精确测量哈勃常数值的方式有二种。第一种方式是观查太阳系周边星球避开大家的速率，而另一种方式则挑选应用宇宙空间微波加热情况（即宇宙膨胀以后留有的第一束光）。

大家迄今仍能够观察到宇宙空间微波加热情况。可是，因为宇宙空间的漫长地区正离大家越走越远，这类光被拉申成电磁波。上世纪六十年代，因一次不经意的机遇，科学家初次发觉这种无线通信数据信号。这种无线通信数据信号也使我们还有机会掌握宇宙空间最初期的模样。

二种相互独立力 —— 吸引力的内向型抗拉力和辐射源的性格外向扭力，在宇宙诞生之初，开演了一场宇宙空间拔河比赛，所造成的振荡，迄今仍以细微的溫度差别的方式，存有于宇宙空间微波加热情况中。

科学研究工作人员能够根据这种振荡，精确测量出宇宙膨胀后没多久，宇宙膨胀的速率，随后将其运用于宇宙学标准模型来推论现阶段的澎涨速率。这一标准模型，是现阶段对宇宙起源、宇宙空间构成及其大家今日所见到一切的最好是表述。

▲ 初期宇宙空间的细微振荡能够在宇宙空间最历史悠久的光 —— 宇宙空间微波加热情况 —— 的起伏中观察到。

可是这儿存有一个难题。当科学家试着用第一种方式 —— 观查太阳系周边星球避开大家的速率，来精确测量哈勃常数时，她们获得了一个不一样的标值。

假如标准模型是恰当的，那麼你能觉得二种方式得到的結果 —— 当今的精确测量結果和从初期观察中计算出的結果，应该是一致的。殊不知，客观事实并不是这样。

2014 年，欧洲航天局的普朗克通讯卫星初次精确测量了宇宙空间微波加热情况中的差别；2018 年，又精确测量了一次。依据普朗克通讯卫星的精确测量，哈勃常数的数值 67.4km/s/Mpc。可是，这一标值，比弗里德曼等科学家仔细观察周边星球得到的精确测量值，低了 9% 上下。

2020 年，阿塔卡玛宇宙学望眼镜对宇宙空间微波加热情况的进一步精确测量，与普朗克通讯卫星的数据信息具备关联性。这协助生物学家从2个层面清除了普朗克通讯卫星存有系统化难题的很有可能。那麼，假如宇宙空间微波加热情况的精确测量是恰当的，剩余的概率只有是下列2个中的一个：1）精确测量周边星球传出的光，这类方式不对；2）宇宙学标准模型必须改动。

科学家应用的测量法选用了一种独特种类的行星：造父变星。大概 100 年以前，科学家亨丽爱塔・勒威尔发觉了这类色度会转变的行星，转变的周期时间为几日或几个星期。勒威尔发觉，越光亮的行星，调亮、发暗随后再调亮需要的時间越长。如今，科学家能够根据科学研究这类行星的色度单脉冲，来精确地分辨行星的真实色度。根据精确测量大家在地球上观查到的色度，再再加上光源虽间距提升而发暗，我们可以精准地精确测量我们与行星的间距。

弗里德曼和她的精英团队是首先应用相邻星球中的造父变星来精确测量哈勃常数的人。她们应用的数据信息来源于哈勃室内空间望眼镜。2001 年，她们精确测量到的哈勃常数数值 72km/s/Mpc。

从这一刻起，根据科学研究周边星球得到的哈勃常数值一直在 72km/s/Mpc 左右波动。另一个也应用造父变星精确测量哈勃常数的精英团队，在 2019 年应用哈勃室内空间望眼镜的数据信息，得到的結果为 74km/s/Mpc。好多个月以后，另一组星体科学家以另一种不一样的精确测量技术性（涉及到类星体传出的光）得到的哈勃常数数值 73km/s/Mpc。

假如这种精确测量是恰当的，这表明宇宙膨胀的速率很有可能高过宇宙学标准模型下的理论所容许的澎涨速率。换句话说，目前的标准模型 —— 及其大家根据该实体模型叙述的宇宙空间实质，都必须升级。现阶段，回答尚不确定性。但假如真的是那样，这将给大家掌握的一切产生长远的危害。

弗里德曼说：“这也许能够告知大家，大家所觉得的标准模型缺少了一些物品。大家如今还不知道怎么会那样，但它是发觉缘故的一个机遇。”

假如标准模型是错的，那麼这很有可能代表着大家的一些实体模型 —— 关于宇宙构成的实体模型，重子（或一切正常）化学物质、暗能量、暗能量与辐射源的相对性量的实体模型这些，并不十分恰当。此外，假如宇宙膨胀的速率的确比大家想像的迅速，那麼宇宙的年龄很有可能也比现阶段认可的 138 亿光年更年青。

▲ 相近造父变星那样的脉动饮料行星能够用于精确测量宇宙空间中的间距，并表述宇宙膨胀的速率。

有关哈勃常数值差别的另一种表述是，大家所属的宇宙空间一部分与别的一部分对比，存有不一样或独特之处，恰好是这类差别歪曲了精确测量結果。或许并不是一个极致的形容，可是你能那么想，在上坡起步或下坡路的情况下，就算你用一样的幅度给油，车辆的速率或瞬时速度转变是不一样的。这不大可能是大家精确测量到的哈勃常数值差别的一个最后缘故，关键的是我们不能忽略早已为获得这种結果所做的工作中。

可是科学家觉得，她们早已愈来愈贴近明确哈勃常数值，及其哪一种测量法是恰当的。

弗里德曼说：“令人激动的是，我觉得，大家确实可以在非常短的時间里处理这个问题，无论是一年或是两三年。有很多将要发生的新技术应用，能够提升大家精确测量的精确性。最后，难题能够获得解释。”

在其中一个新技术应用在是欧洲航天局的华斯室内空间望眼镜。华斯室内空间望眼镜于 2013 年发送起飞，一直在以高精准度精确测量约十亿颗行星的部位。生物学家已经应用一种被称作“视差”的技术性，根据这种数据信息测算行星中间的间距。当华斯绕太阳光健身运动时，该望眼镜在外太空中的有益观察地址也会产生变化。就如同你遮挡住一只眼睛去看看物件，随后再遮挡住另一只双眼去看看物件，物件的部位看起来会不一样。因此 ，在路轨周期时间内，华斯能够在一年中的不一样時间观察星体，从而让生物学家得到精确测算出行星避开大家太阳系行星的速率。

此外一个能够回应哈珀常标值的机器设备是詹姆斯韦伯室内空间望眼镜。这架望眼镜将在 2021 年底发送起飞。詹姆斯韦伯室内空间望眼镜能够根据科学研究红外线光波长，开展更强的精确测量。那样的精确测量不容易遭受我们与行星中间的浮尘的危害。

▲ 詹姆斯韦伯室内空间望眼镜上的 18 面金子眼镜片将捕捉宇宙空间中最历史悠久星球传出的红外线。

可是，假如这种新技术应用依然发觉哈勃常数值存有差别，那麼大家的确必须引进新的物理了。虽然大家也早已明确提出许多 基础理论来表述这类差别，但都没法彻底表述大家见到的一切。每一个潜在性基础理论都是有缺陷。比如，有些人明确提出，初期宇宙空间中很有可能存有另一种辐射源，但大家早已精准测量了宇宙空间微波加热情况，因此 这一概率基本上为零。另一种见解是，暗能量很有可能会随時间而转变。

这好像是一个十分有市场前景的假定，可是现阶段，暗能量怎样随時间转变很有可能也遭遇别的限定。暗能量好像只有以一种不当然的方法随時间转变，看上去也期待迷茫。还有一个表述是，初期宇宙空间中存有暗能量，以后这种暗能量又消失了。可是，大家沒有显著的原因，能够表述为何暗能量最初存有然后又消退。

因而，专家迫不得已再次探寻新的概率，表述眼底下产生的一切。尽管如今大家还不知道有效的表述是啥，但这并不代表着之后不容易有适合的念头发生。