新假說解釋了宇宙膨脹的奧祕,統一了哈勃常數

新假說解釋了宇宙膨脹的奧秘,統一了哈勃常數

地球、太陽系、整個銀河系和離我們最近的幾千個星系在一個直徑為2.5億光年的巨大“泡泡”中運動,泡泡內物質的平均密度是宇宙餘部分的一半。這是日內瓦大學(UNIGE)的理論物理學家提出的假設,用以解決一個使科學界分裂十年的難題:宇宙以什麼速度膨脹?到目前為止,至少有兩種獨立的計算方法得出的兩個值相差約10%,其偏差在統計上是不可調和的。這種新方法在《物理學快報》B中有闡述,消除了這種分歧,而沒有利用任何“新物理學”。

自從宇宙大爆炸發生在138億年前以來,它就一直在擴大,這一主張最初是由比利時物理學家喬治·勒梅特(Georges Lemaître)(1894-1966)提出,而埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)(1889-1953)則首先得到證明。美國天文學家在1929年發現,每個星系都在遠離我們,而最遙遠的星系移動得最快。這表明過去某個時間所有星系都位於同一地點,這個時間只能對應於“大爆炸”。這項研究成為哈勃-勒梅特定律,其中包括哈勃常數(H0),該常數表示宇宙的膨脹速率。目前,對H0的最佳估計約為70(km/s)/Mpc(這意味著,即在每增加326萬光年的距離上,星系遠離的速度增大70千米每秒。)。

Mpc:百萬秒差距(pc)。1pc等於恆星週年視差為1″(角秒)的距離,約等於3.26光年。

超新星

第一種是基於宇宙微波的背景:這是從宇宙各個方向到我們的微波輻射,是在宇宙變冷到足以使光能夠自由流通的時候發出的(大爆炸後大約37萬年)。使用普朗克太空任務提供的精確數據,並考慮到宇宙是同質且各向同性的事實,使用愛因斯坦的廣義相對論在整個場景中得出H0的值為67.4。第二種計算方法是基於在遠距離星系中偶發出現的超新星。這些非常明亮的事件為觀察者提供了高度精確的距離,這種方法可以確定H0值為74。

UNIGE科學院理論物理系教授盧卡斯·倫勃裡瑟(Lucas Lombriser)解釋說:“這兩個值多年來一直變得更加精確,同時又彼此不同。它並沒有引起太多的科學爭議,甚至也沒有喚起人們對‘新物理學’的激動人心的希望。”為了縮小差距,倫勃裡瑟教授接受了這樣一個想法,即宇宙並不像所聲稱的那樣均勻,這一假設在相對適度的規模上似乎很明顯。毫無疑問,物質在銀河內部的分佈與在銀河外部的分佈不同。但是,很難想象以比銀河系大數千倍的體積計算出的物質平均密度的波動。

“哈勃泡泡”

“如果我們處於一種巨大的泡泡'中。” 倫勃裡瑟教授繼續說道:“在這裡,物質的密度大大低於整個宇宙的已知密度,它將對超新星的距離產生影響,並最終影響到確定H0。”

對於該“哈勃泡泡”來說,所需要做的就是足夠大,以包括用作測量距離參考的星系。通過確定該氣泡的直徑為2.5億光年,物理學家計算得出,如果內部物質的密度比宇宙其餘部分低50%,那麼將獲得哈勃常數的新值,這將使與使用宇宙微波背景獲得的數值一致。倫勃裡瑟教授說:“發生這種規模的波動的可能性是20比1到5比1,這意味著這不是理論家的幻想。在廣闊的宇宙中有很多像我們這樣的地區。”


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