爱读书 探索 原来如此!一个数字直接推翻了我们对宇宙概念的根本理解

原来如此!一个数字直接推翻了我们对宇宙概念的根本理解

我们知道科学一向以严谨著称,就算是一个数字的错误也会导致无法想象的后果!就像多米诺骨牌,一个微小的错误到最后会被无限放大,导致满盘皆输!近来,科学家通过一项研究表明,一个微小的数字偏差已经导致了我们对宇宙的概念存在根本性的错误!

原来如此!一个数字直接推翻了我们对宇宙概念的根本理解

这张是由由哈勃太空望远镜拍摄的大麦哲伦星云的图片。它显示了一个星系团,其中充满了变化的造父变星,这是一类定期闪烁的恒星。利用这种脉动率,科学家们计算出了宇宙的膨胀率,但这个数字与其他宇宙现象得出的值不相符,比如宇宙微波背景辐射,即大爆炸的回波。

这也是宇宙中存在的一个令人费解的谜,即用不同方法测量宇宙膨胀率的结果总是不一致,这种情况被科学家称为“危机”。

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这个问题的核心就是所谓的哈勃常数,该数字以美国天文学家埃德温·哈勃的名字命名,描述了宇宙在离地球不同距离上膨胀的速度。利用欧洲航天局(ESA)普朗克卫星的数据,科学家估计这个速度为每百万光年46,200英里(也可以表达成每百万秒67.4公里/秒)。但是,使用称为造父变星的脉动恒星进行的计算表明,它的速度是每百万光年50400英里(73.4千米/秒/Mpc),两者仅相差几公里。

如果第一个数字是正确的,这意味着几十年来科学家测量宇宙中遥远物体的距离是错误的。但如果第二种说法是正确的,那么研究人员可能不得不接受奇异的新物理学的存在。可以理解的是,天文学家们对这种差异非常激动。

但是对于我们外行人来说,似乎对这种微小的差异不以为然。这种在外行人看来微不足道的差异究竟有多重要?来自芝加哥大学的天文学家巴里·马多雷为我们解释了其实问题始于埃德温·哈勃本人。早在1929年,他就注意到离地球较远的星系比离地球较近的星系远离地球的速度更快。他发现了一个物体离地球的距离和它后退的速度之间的线性关系。

哈勃随即意识到一个惊人的事实:宇宙在膨胀,而且膨胀的速度似乎是恒定的(后面被证明是错误的)!因此,哈勃常数诞生了,他的测量值大约是每百万光年342,000英里每小时(501公里/秒/Mpc)——几乎是目前测量值的10倍。经过多年来的研究发展,科学家已经逐渐改进了这个比率。

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直到20世纪90年代末,当时两个天文学家小组注意到遥远的超新星比预期的要暗,因此也比预期的要远。这表明宇宙不仅在膨胀,而且还在加速膨胀,这证明了哈勃此前的认定是错误的。随后天文学家将这一神秘现象的原因命名为暗能量。在了解了宇宙这一惊人的事实之后,宇宙学家转向下一个显而易见的任务:尽可能准确地测量膨胀的加速度,以此希望从头到尾追溯宇宙的历史和进化!

这类问题听起来似乎不可能回答,但这并没有阻止科学家们的尝试。在过去的10年里,普朗克卫星一直在测量宇宙微波背景,这是宇宙大爆炸的一种遥远的回波,提供了130亿年前婴儿宇宙的快照。利用天文台的数据,宇宙学家可以用非常小的不确定性确定哈勃常数的数值范围。

而在过去的三十年里,天文学家也一直在使用望远镜观察遥远的造父变星,并计算哈勃常数。这些恒星根据亮度以恒定的速度闪烁,因此研究人员可以根据造父变星的脉动来精确地判断造父变星的亮度。通过观察恒星的实际亮度,天文学家可以计算出它们之间的距离。但是用造父变星估计哈勃常数与普朗克的不一致。

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差异可能看起来相当小,但每个数据点都相当精确,而且它们的不确定性之间没有重叠。如果造父变星研究小组是错误的,那就意味着天文学家一直在错误地测量宇宙的距离。但如果普朗克是错的,那么就有可能将新的和奇异的物理学引入宇宙学家的宇宙模型中,这些模型包括不同的刻度盘,比如目前存在的被称为中微子的亚原子粒子数量,它们被用来解释卫星的宇宙微波背景数据。为了使哈勃常数的普朗克值与现有模型相一致,一些刻度盘需要调整,但大多数物理学家还不太愿意这么做。

随后马多雷和他的同事们对红巨星的光进行了研究,希望能提供另一个数据点来调和这两种观点。研究发现这些天体在寿命结束时达到相同的亮度峰值,这意味着,就像造父变星一样,天文学家可以通过观察它们从地球上看起来有多暗来很好地估计它们的距离,从而计算出哈勃常数。

而在今年7月公布的结果正好提供了之前两次测量结果之间的一个数字:47,300英里/百万光年(69.8千米/秒/Mpc)。这种不确定性包含了足够的重叠,可能与普朗克的结果一致。这不仅让科学界惊讶非常。随后其他团队也加入了研究。在COSMOGRAIL’s Wellspring (H0LICOW)中,一个名为H0 lens的小组正在观察早期宇宙中遥远而明亮的星体类星体,类星体的光被我们和它们之间的巨大天体引力透镜所透镜。通过研究这些类星体,该小组最近得出了一个更接近天文学家的估计。来自激光干涉仪引力波观测站(LIGO)的信息可以提供另一个独立的数据点。但是,马多雷表示,这样的计算还处于早期阶段,还没有完全成熟,这一切都需要时间。

来源: 超弦

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