導語
直到2011年,大陸天文學家才測量出宇宙的膨脹速率。
這個測量叫做哈勃常數,反映出宇宙膨脹的快慢和程度,哈勃常數越大,宇宙的膨脹速率就越快,相應的可觀測宇宙的範圍也更廣。
正因為在哈勃常數量測上取得了一定的突破,令無數天文學愛好者和科學家們激動不已,仿佛宇宙都在一瞬間變得更大了。
但是,哈勃常數是否是唯一的宇宙膨脹速率呢?
“哈勃張力”問題。
在2013年,國際天文學聯合會根據“宇宙微波背景輻射”所推測出的哈勃常數為67.3±1.7 km/s/Mpc,然而在2019年,由美國天文學家通過Ia型超新星的觀測得出的哈勃常數為74.03±1.42 km/s/Mpc。
這兩個測量結果相距甚遠,哈勃常數并非一個常數,成了現代宇宙學發展過程中的“哈勃張力”。
那麼,為何同樣是測量哈勃常數,卻會出現如此大的誤差呢?
這主要和這兩種方法的測量過程和技術手段息息相關。
首先是2013年測量出的哈勃常數,是基于宇宙微波背景輻射:1965年,兩個美國人無意間間發現了在每一個方向都會看到微微發光的背景輻射。
而這個發現是在哈勃常數的測量上起到至關重要的作用。
因為在大爆炸後,随着時間的推移,溫度逐漸降低,輻射現象也随之降低,在1000度時,就出現了紅外線輻射,随後逐漸變成微波背景輻射,并且随着不斷的膨脹,微波背景輻射也逐漸降低溫度。
銀河系此時大約在2300K左右,這一團微波背景輻射是我們觀測宇宙的視窗,正是我們如今所熟知的宇宙大爆炸理論。
宇宙微波背景輻射不僅可以讓我們窺見宇宙大爆炸時的樣子,如今甚至憑借其溫度分布不均對大爆炸的發生時間也進行了準确的推測。
通過對微波背景輻射的頻譜分析,我們可以推測出當時宇宙的膨脹速率以及偏差與當天的哈勃常數。
還有一種測量哈勃常數的方法是基于Ia型超新星的觀測。
Ia型超新星,又稱為“标志星”,是因為其亮度的變化規律極為穩定,可以視為一個标準的裡程碑。
當我們觀察到Ia型超新星時,就能借助其亮度的變化來确定分布到各個方向的距離。
我們預計,已知的Ia型超新星包含了幾百個相對靠近的Ia型超新星,并且其分布可能是均勻的。
通過觀察這些Ia型超新星的亮度以及它們之間的變化規律,我們能夠精确地測量它們之間的距離,進而推導出宇宙的膨脹速率。
但在2016年的最新觀測結果顯示,宇宙并沒有呈現出均勻的膨脹狀态。
首先,我們知道,宇宙飛船在飛往火星的過程中,很多細小的因素都會影響到其程序,是以,航天器需要進行許多微調,以確定它們能夠準确地到達目的地。
但在2016年,對這次旅程的回歸分析表明,航天器在行進過程中并沒有進行過這些微調。
這引發了科學家們的疑慮,他們開始對目前的宇宙模型進行了重新考慮。
他們發現,目前的宇宙模型是基于13.8億年的時間尺度建構的。
然而,在這一模型建構之後,太陽系并沒有被觀察到宇宙的背景微波輻射,時間軸的範圍并不準确。
通過對目前宇宙模型的修正,科學家們提出了新的結果,表明宇宙實際上要年輕得多,太陽系也要年輕得多。
但是這一新的結果卻與我們對太陽系和宇宙的觀測結果并不相符,最終科學家們将這一問題稱為“哈勃張力”。
我們在測量哈勃常數時,發現它不僅随着時間的推移而發生變化,還随着我們觀察的距離和方向的變化而有所不同。
同樣的情況也出現在對銀河系周圍的觀測中。
在對我們周圍的超新星進行觀測時,科恩曼和他的團隊提出了一個問題:銀河系的膨脹速率似乎比其他地區的膨脹速率要快。
然而,按理來說,如果我們的觀測範圍是一個完整的球體,那麼無論從哪裡觀察,都會發現相似的微波背景輻射。
然而,為什麼隻有從我們所在的銀河系觀察時,發現膨脹速率要快得多呢?
這使得科恩曼等人提出了一種新的假說,他們認為我們可能生活在一個空洞之中。
這就像是在沼澤中放置的一個泡泡,其他地區的微波背景輻射就像泡泡周圍的水流,而我們身處的空洞就像泡泡内部的空氣。
這也解釋了為什麼銀河系的膨脹速率要比其他地區快的原因,因為我們周圍的微波背景輻射的觀測值都是相對于我們身處的空洞而言的。
如果我們位于一個空洞的中心,那麼我們所看到的微波背景輻射的紅移效應就會比其他地區更為明顯。
這種觀測現象與我們現在的觀測結果不謀而合,是以衆多天文學家都在考慮這一假說的可能性。
銀河系在大空洞中?
這個假說的核心是基于一個低密度區,即直徑約150百萬秒差距的區域,這個區域的膨脹速率約為0.9倍哈勃常數。
該地區的密度隻有其他地區的60%左右,這個低密度區可能是由于某種原因,在宇宙的早期演化階段,沒有足夠的物質能讓引力将其吸引在一起。
随着宇宙不斷膨脹,這個區域的物質密度變得更低,最終形成了一個低密度的區域。
然而,目前尚無實證支援這一假說,因為我們沒有足夠的資料和觀測結果來證明這一點。
而且,這一假說也被指責沒有實證支援,是以碰到了許多質疑。
然而,在這一假說提出後,又有人提出了另一個假說,認為我們的可觀測宇宙本身就是一個巨大的黑洞。
根據這個假說,我們所能觀測到的宇宙隻是一個巨大的黑洞内部,外部的物質被黑洞的引力吸引到中心,進而形成了我們所能觀測到的宇宙。
這一假說的提出是因為我們發現,我們的宇宙似乎沒有邊界,似乎無限延續着。
是以,有人猜測,我們的宇宙本身就是一個巨大的黑洞。
但是,這一假說也遇到了問題,因為我們并沒有發現任何黑洞的迹象,而且我們的宇宙似乎也不符合黑洞的性質。
黑洞是一種極端的物質狀态,它的引力非常強大,甚至連光線都無法逃脫,進而形成黑暗的區域。
但是,我們的宇宙似乎沒有表現出這種性質,它的引力并不是無限的。
是以,這一假說也受到了質疑。
這些假說都在挑戰我們對宇宙的了解。
我們對宇宙的認識,仍處于初級階段,我們的觀測技術和理論模型還不夠完善,是以我們無法确定宇宙的真實面貌。
但是,這并不妨礙我們不斷探索,不斷深化我們對宇宙的了解,逐漸揭開宇宙的神秘面紗。
結語
有時候,我們需要用開放的心态去看待這些問題,嘗試去了解這些奇怪的現象,或許會有新的發現和了解。
無論如何,探索宇宙是我們人類永恒的追求。
人類在人類文明的曆史中,已經探索了宇宙的過去、現在和未來,然而,我們的探索剛剛開始,面對138億年的宇宙曆史,我們還有許多未知的領域亟待開拓。
是以,我們需要保持好奇心和探索的欲望,不斷前進,直到發現宇宙的真相。