宇宙出大问题了?诺奖得主重建宇宙阶梯,时空中或存在未知东西!

宇宙的年龄究竟有多大?或者说,宇宙大爆炸究竟是在什么时候发生的?如果你对天文学一往情深,你就能轻启朱唇,含情脉脉地说出138亿年这个销魂的宇宙年龄;而如果你和天文学已情意绵绵,渐入佳境,你对“137.98 ± 0.37亿年”这个数值可能就不会陌生了,这是2013年普朗克卫星得到的最佳观测结果。

不过,最近由诺贝尔物理学奖得主、美国天体物理学家亚当·里斯(Adam Riess)领导的一项研究却发现,宇宙可能出大问题了,其膨胀速度比科学家们此前计算的整整提高了9%,这就意味着宇宙可能比我们想象的更加年轻。根据研究人员的最新估算,宇宙的年龄实际应该是在125亿年到130亿年之间——突然之间就年轻了这么多,宇宙听到后一定会欢呼雀跃,愁眉顿舒——年轻就是有力量,长都要长得快一些!

计算宇宙年龄的关键在于准确测量宇宙的膨胀速度,如果我们知道宇宙中所有星系都在以某个速度相互远离,我们就可以估算出它们当初紧密地聚集在一起是在什么时候——大爆炸由此拉开序幕,时间和空间也由此诞生。

里斯领导的团队一直在观测宇宙中的标准烛光——遥远的Ia型超新星,发现了宇宙正在加速膨胀的证据,并因此获得了2011年诺贝尔物理学奖。近年来,里斯的团队利用哈勃望远镜,对大麦哲伦星云中的70颗亮度周期性变化的恒星,宇宙中离我们更近的另一种标准烛光——造父变星进行了观测。研究人员通过对这些变星距离的精确测量,重建了宇宙距离阶梯——就像我们在距离地球较近的太空中制造了一把更准确的尺子,然后用它去测量更加遥远的距离。

经过对造父变星的多年观测,里斯团队算出了哈勃常数的最新数值——即宇宙随时间膨胀的速度——是74千米/秒/百万秒差距。意思就是说,星系离我们的距离每增加100万秒差距(326万光年),它远离我们而去的速度就会增加74公里/秒;换句话说,宇宙空间正在以这个速度不断膨胀,从而让所有星系都不得不跟着一起相互远离。就像你在气球上粘上一些硬币,随着气球越吹越大,硬币之间的距离也会不断变大,而它们互相远离的速度,就是气球的“哈勃常数”。

这个数值和通过另一种方法得到的宇宙常数差距很大。这种方法就是利用卫星对早期宇宙进行观察,通过在X射线和微波波段对高红移星系团的观测,宇宙微波背景辐射各向异性的测量,以及光学调查等,科学家们综合测定的哈勃常数为67千米/秒/百万秒差距左右。

67还是74?这绝对是一个大问题!一个是基于目前宇宙测量获得的宇宙膨胀速度,一个是基于早期宇宙的测量,由于观测技术和手段的不断改进,这两个数值应该说都是越来越准确,那么它们之间的差异或矛盾究竟应该如何解决呢?

造父变星亮度的周期变化

里斯和一些科学家认为,这两种估算应该都是正确的,这就意味着宇宙在膨胀中出现了大问题,必须有新的“物理学”来解释这种差异。“要么我们犯了一些我们无法找到的错误,要么宇宙中还有一些我们没有找到的东西。”

目前的猜想是,宇宙大爆炸后不久,还发生了第三次暗能量事件,促使宇宙膨胀速度超过了科学家们的预测;或者宇宙中还有一种新的亚原子粒子,其移动速度接近光速,导致了宇宙更快速地膨胀,这些快速粒子可以称为“暗辐射”,其中包括我们已知的中微子;还有一种可能就是,暗物质与正常物质、辐射的相互作用,比我们以前假设的更加强烈,从而推动宇宙膨胀加剧。

去年10月,科学家们已经提出,还有第三种方法可以测定哈勃常数,那就是引力波事件的信息。随着引力波干涉仪的不断升级,科学家们刚刚才信心满满地表示,未来已经可以每周都探测到引力波事件了。相信通过测量哈勃常数这一影响我们宇宙根本的重要数值,科学家们将揭开越来越多的宇宙奥秘。

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