物理学家提出弥合哈勃常数两种测量结果的理论

物理学家提出弥合哈勃常数两种测量结果的理论

宇宙膨胀的速度有问题。

更准确地说，我们对宇宙膨胀的加速率(所谓哈勃常数)的测量结果存在问题。我们有两种主要的测量方式，但无论我们重复多少次，它们总是会返回不同的结果。

这导致有人提议，需要构建新的物理学来解释这一差异。但是瑞士日内瓦大学的理论物理学家卢卡斯·隆伯里瑟(Lucas Lombriser)提出了另一个思路。

根据隆伯里瑟的说法，如果银河系漂浮在宇宙中一个巨大的低密度空腔中，那可以解释为什么两类测量的结果不一致。通过调整方程式可以解决密度差异问题，我们可以显著地减小测量数值之间的差距。

但是在进行讨论之前，我们简要说明一下哈勃常数的两种测量方式。

第一个是基于宇宙微波背景(CMB)，即大爆炸遗留下来的、弥漫寰宇的微弱背景辐射。我们对CMB已经进行了相当全面的研究，因此可以区分出背景辐射温度更高和更低的区域，这与早期宇宙中物质的膨胀和收缩相对应。

根据此信息，对哈勃常数的计算通常会返回的结果大约为每秒每百万秒差距67.4公里。

另一种方法需要测量地球到亮度已知的天体的距离，例如极亮的Ia型超新星和造父变星，后者的亮度具有周期性的变化。

确定它们的绝对亮度后，天文学家就可以计算出到这些天体的距离，因为亮度会以已知的速率随着距离而衰减。因此，有时我们把此类对象称为标准烛光。

后一种方法返回的结果与依据宇宙微波背景辐射获得的数据不同。借助Ia型超新星，最近计算出每秒每百万秒差距72.8的结果。结合Ia超新星宿主星系中的银河系造父变星，甚至给出了甚至更夸张的结果——每秒每百万秒差距74.03公里。

隆伯里瑟说：“多年来反复测量，使得计算结果更加精确，同时彼此之间差异却更大。”

但标准烛光模型有一个缺点。用于计算空间扩展的方程式假设整个宇宙的质量均匀分布。在大规模上，这可能或多或少是正确的——但在较小规模上，可能并非如此。

这可能会影响我们周围空间的行为方式。因为如果我们的家星系处于低密度的空间腔泡中，那么腔泡外部较高密度壳层的引力会给星系带来一点加速作用——使其移动的速度似乎快于宇宙膨胀的速度。

“如果我们处于一个巨大的’泡泡’中，物质的密度显著低于整个宇宙的已知密度，那么它将对超新星的距离产生影响，并最终影响到哈勃常数的确定。”

之前也有人提出类似的假说，但隆伯里瑟经过数学计算，给出了可以被验证的参数。

他计算得出，如果我们处于一个直径约2.5亿光年的气泡中，且其内的质量密度不到周围空间的一半，那么应用标准烛光模型得到哈勃常数将与借助CMB计算出的哈勃常数更加一致。

而且我们确实知道，真的存在此类低密度的腔泡，因为宇宙之中无奇不有。银河系就挨着一个低密度腔泡——直径至少有1.5亿光年，甚至可能高达3亿光年。

但是，在我们揭开谜底之前，我们还需要牢记，有最新研究发现，宇宙的局部结构对哈勃常数的标准烛光测量法没有影响。

那仍然并不意味着我们需要推翻现有的物理学。然而，更多的研究表明，我们对Ia型超新星的理解存在缺陷，并且我们可能错误地估算了它们的亮度。另一项研究表明，可能还有另一种暗能量在早期的宇宙中提供了额外的加速度。

但隆伯里瑟相信他的理论。

他说：“在这种规模上出现这种波动的可能性是20：1到5：1，这意味着它不是理论家的凭空想象。在广袤无垠的宇宙中存在很多像我们这样的区域。”

该研究已发表在Physics Letters B上。

本文译自 sciencealert，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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