对于使用美国宇航局哈勃太空望远镜的天文学家说，他们已经越过了一个重要的门槛，揭示了测量宇宙膨胀率的两个关键技术之间的差异。最近的研究加强了这样一种情况，即可能需要新的理论来解释塑造宇宙的力量。
哈勃太空望远镜
简单回顾一下：宇宙每秒都在变大。星系之间的空间正在拉伸，就像面团在烤箱里升起一样。但是宇宙膨胀的速度有多快？当哈勃望远镜和其他望远镜试图回答这个问题时，他们在科学家预测的和他们观察到的之间遇到了一个有趣的差异。
哈勃的测量结果表明，根据130亿年前宇宙的出现，现代宇宙的膨胀速度比预期的要快。这些早期宇宙的测量数据来自欧洲航天局的普朗克卫星。在过去的几年里，科学家们已经在科学论文中发现了这种差异，但目前还不清楚究竟是测量技术上的差异造成的，还是这种差异可能由不幸的测量造成的。
最新的哈勃数据降低了这种差异只是侥幸达到1/100000的可能性。不到一年前的一项早期估计，3000人中有1人的可能性，这是一个巨大的收益。
迄今为止，这些最精确的哈勃测量支持了一种观点，即可能需要新的物理学来解释这种不匹配。
“早宇宙和晚宇宙之间的哈勃张力可能是几十年来宇宙学中最令人兴奋的发展，”位于马里兰州巴尔的摩的空间望远镜科学研究所（STSCI）和约翰霍普金斯大学的首席研究员和诺贝尔奖获得者Adam Riess说。“这种不匹配一直在增长，现在已经达到了一个不可能被当作侥幸忽略的程度。这种差异不可能仅仅是偶然发生的。”
宇宙距离阶梯上的三个梯级
科学家利用“宇宙距离梯”来确定宇宙中物体的距离。这种方法依赖于精确测量到邻近星系的距离，然后将它们的恒星作为里程碑标记，向越来越远的星系移动。天文学家利用这些数值，以及其他测量星系光线穿过伸展宇宙时变红的方法，来计算宇宙随时间膨胀的速度，这个值被称为哈勃常数。
里斯和他的SH0ES（超新星H0代表状态方程）团队自2005年以来一直在探索用哈勃改进这些距离测量，并微调哈勃常数。
在这项新的研究中，天文学家利用哈勃望远镜在大麦哲伦云中观测了70颗叫做造父变星的脉动恒星。这些观测结果帮助天文学家“重建”了距离阶梯，改进了这些造父变星和它们在超新星星系宿主中的远亲之间的比较。里斯的研究小组将哈勃常数的不确定性从先前的2.2%的估计值降低到了1.9%。
随着研究小组的测量变得越来越精确，他们对哈勃常数的计算仍然与从早期宇宙膨胀的观测中得出的预期值不一致。这些测量是由普朗克完成的，普朗克绘制了宇宙微波背景图，这是大爆炸后38万年的残余余辉。
测量值已经过彻底的审查，因此天文学家目前无法消除这两个结果之间的差距，因为任何一个测量值或方法都有误差。这两个值都通过多种方式进行了测试。
“这不仅仅是两个不一致的实验，”里斯解释说。“我们正在衡量一些根本不同的东西。一个是测量今天宇宙膨胀的速度，正如我们所看到的。另一个是基于早期宇宙物理和它应该以多快的速度膨胀的测量的预测。如果这些值不一致，那么很有可能我们遗漏了连接两个时代的宇宙学模型中的某些东西。”
哈勃太空望远镜拍摄的一幅大型麦哲伦星云的地面图像，放大了嵌入星团的视野。对脉动造父变星的更精确观测使HST天文学家能够提高距离测量的精度，证实了哈勃常数的两个公认值的主要差异。
哈勃常数的新估计值是每秒74公里（46英里）。这意味着，由于宇宙的膨胀，每离我们330万光年的距离，一个星系就会以每秒74公里（46英里）的速度运动。这个数字表明，宇宙正在以9%的速度膨胀，比每百万分之一秒67公里（41.6英里）的预测速度快，这是来自普朗克对早期宇宙的观察，加上我们目前对宇宙的理解。
那么，什么可以解释这种差异呢？
对这种不匹配的一种解释是，在年轻的宇宙中出现了一种意想不到的暗能量，人们认为它现在占了宇宙内容物的70%。由约翰霍普金斯大学的天文学家提出，这个理论被称为“早期暗能量”，并表明宇宙的演化就像一个三幕剧。
天文学家已经假设暗能量存在于大爆炸后的第一秒，并将物质推送到整个空间，开始了最初的膨胀。暗能量也可能是当今宇宙加速膨胀的原因。这一新理论表明，在大爆炸之后不久，第三次暗能量爆发，宇宙扩张的速度比天文学家预测的要快。里斯说，这种“早期暗能量”的存在可以解释两个哈勃常数之间的张力。
另一种观点是，宇宙中含有一种新的亚原子粒子，它的传播速度接近光速。这种快速粒子统称为“暗辐射”，包括先前已知的中微子等粒子，它们是在核反应和放射性衰变中产生的。
另一个吸引人的可能性是暗物质（一种不由质子、中子和电子组成的不可见物质）与正常物质或辐射的相互作用比先前假设的更强烈。
但真正的解释仍然是个谜。大家有什么看法呢?
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