對於使用美國宇航局哈勃太空望遠鏡的天文學家說，他們已經越過了一個重要的門檻，揭示了測量宇宙膨脹率的兩個關鍵技術之間的差異。最近的研究加強了這樣一種情況，即可能需要新的理論來解釋塑造宇宙的力量。
哈勃太空望遠鏡
簡單回顧一下：宇宙每秒都在變大。星系之間的空間正在拉伸，就像麵糰在烤箱裡升起一樣。但是宇宙膨脹的速度有多快？當哈勃望遠鏡和其他望遠鏡試圖回答這個問題時，他們在科學家預測的和他們觀察到的之間遇到了一個有趣的差異。
哈勃的測量結果表明，根據130億年前宇宙的出現，現代宇宙的膨脹速度比預期的要快。這些早期宇宙的測量數據來自歐洲航天局的普朗克衛星。在過去的幾年裡，科學家們已經在科學論文中發現了這種差異，但目前還不清楚究竟是測量技術上的差異造成的，還是這種差異可能由不幸的測量造成的。
最新的哈勃數據降低了這種差異只是僥倖達到1/100000的可能性。不到一年前的一項早期估計，3000人中有1人的可能性，這是一個巨大的收益。
迄今為止，這些最精確的哈勃測量支持了一種觀點，即可能需要新的物理學來解釋這種不匹配。
“早宇宙和晚宇宙之間的哈勃張力可能是幾十年來宇宙學中最令人興奮的發展，”位於馬里蘭州巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所（STSCI）和約翰霍普金斯大學的首席研究員和諾貝爾獎獲得者Adam Riess說。“這種不匹配一直在增長，現在已經達到了一個不可能被當作僥倖忽略的程度。這種差異不可能僅僅是偶然發生的。”
宇宙距離階梯上的三個梯級
科學家利用“宇宙距離梯”來確定宇宙中物體的距離。這種方法依賴於精確測量到鄰近星系的距離，然後將它們的恆星作為里程碑標記，向越來越遠的星系移動。天文學家利用這些數值，以及其他測量星系光線穿過伸展宇宙時變紅的方法，來計算宇宙隨時間膨脹的速度，這個值被稱為哈勃常數。
里斯和他的SH0ES（超新星H0代表狀態方程）團隊自2005年以來一直在探索用哈勃改進這些距離測量，並微調哈勃常數。
在這項新的研究中，天文學家利用哈勃望遠鏡在大麥哲倫雲中觀測了70顆叫做造父變星的脈動恆星。這些觀測結果幫助天文學家“重建”了距離階梯，改進了這些造父變星和它們在超新星星系宿主中的遠親之間的比較。里斯的研究小組將哈勃常數的不確定性從先前的2.2%的估計值降低到了1.9%。
隨著研究小組的測量變得越來越精確，他們對哈勃常數的計算仍然與從早期宇宙膨脹的觀測中得出的預期值不一致。這些測量是由普朗克完成的，普朗克繪製了宇宙微波背景圖，這是大爆炸後38萬年的殘餘餘輝。
測量值已經過徹底的審查，因此天文學家目前無法消除這兩個結果之間的差距，因為任何一個測量值或方法都有誤差。這兩個值都通過多種方式進行了測試。
“這不僅僅是兩個不一致的實驗，”里斯解釋說。“我們正在衡量一些根本不同的東西。一個是測量今天宇宙膨脹的速度，正如我們所看到的。另一個是基於早期宇宙物理和它應該以多快的速度膨脹的測量的預測。如果這些值不一致，那麼很有可能我們遺漏了連接兩個時代的宇宙學模型中的某些東西。”
哈勃太空望遠鏡拍攝的一幅大型麥哲倫星雲的地面圖像，放大了嵌入星團的視野。對脈動造父變星的更精確觀測使HST天文學家能夠提高距離測量的精度，證實了哈勃常數的兩個公認值的主要差異。
哈勃常數的新估計值是每秒74公里（46英里）。這意味著，由於宇宙的膨脹，每離我們330萬光年的距離，一個星系就會以每秒74公里（46英里）的速度運動。這個數字表明，宇宙正在以9%的速度膨脹，比每百萬分之一秒67公里（41.6英里）的預測速度快，這是來自普朗克對早期宇宙的觀察，加上我們目前對宇宙的理解。
那麼，什麼可以解釋這種差異呢？
對這種不匹配的一種解釋是，在年輕的宇宙中出現了一種意想不到的暗能量，人們認為它現在佔了宇宙內容物的70%。由約翰霍普金斯大學的天文學家提出，這個理論被稱為“早期暗能量”，並表明宇宙的演化就像一個三幕劇。
天文學家已經假設暗能量存在於大爆炸後的第一秒，並將物質推送到整個空間，開始了最初的膨脹。暗能量也可能是當今宇宙加速膨脹的原因。這一新理論表明，在大爆炸之後不久，第三次暗能量爆發，宇宙擴張的速度比天文學家預測的要快。里斯說，這種“早期暗能量”的存在可以解釋兩個哈勃常數之間的張力。
另一種觀點是，宇宙中含有一種新的亞原子粒子，它的傳播速度接近光速。這種快速粒子統稱為“暗輻射”，包括先前已知的中微子等粒子，它們是在核反應和放射性衰變中產生的。
另一個吸引人的可能性是暗物質（一種不由質子、中子和電子組成的不可見物質）與正常物質或輻射的相互作用比先前假設的更強烈。
但真正的解釋仍然是個謎。大家有什麼看法呢?
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