宇宙膨脹的速度有問題。

更準(zhǔn)確地說，我們對宇宙膨脹的加速率(所謂哈勃常數(shù))的測量結(jié)果存在問題。我們有兩種主要的測量方式，但無論我們重復(fù)多少次，它們總是會返回不同的結(jié)果。

這導(dǎo)致有人提議，需要構(gòu)建新的物理學(xué)來解釋這一差異。但是瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的理論物理學(xué)家盧卡斯·隆伯里瑟(Lucas Lombriser)提出了另一個思路。

根據(jù)隆伯里瑟的說法，如果銀河系漂浮在宇宙中一個巨大的低密度空腔中，那可以解釋為什么兩類測量的結(jié)果不一致。通過調(diào)整方程式可以解決密度差異問題，我們可以顯著地減小測量數(shù)值之間的差距。

但是在進(jìn)行討論之前，我們簡要說明一下哈勃常數(shù)的兩種測量方式。

第一個是基于宇宙微波背景(CMB)，即大爆炸遺留下來的、彌漫寰宇的微弱背景輻射。我們對CMB已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)全面的研究，因此可以區(qū)分出背景輻射溫度更高和更低的區(qū)域，這與早期宇宙中物質(zhì)的膨脹和收縮相對應(yīng)。

根據(jù)此信息，對哈勃常數(shù)的計算通常會返回的結(jié)果大約為每秒每百萬秒差距67.4公里。

另一種方法需要測量地球到亮度已知的天體的距離，例如極亮的Ia型超新星和造父變星，后者的亮度具有周期性的變化。

確定它們的絕對亮度后，天文學(xué)家就可以計算出到這些天體的距離，因為亮度會以已知的速率隨著距離而衰減。因此，有時我們把此類對象稱為標(biāo)準(zhǔn)燭光。

后一種方法返回的結(jié)果與依據(jù)宇宙微波背景輻射獲得的數(shù)據(jù)不同。借助Ia型超新星，最近計算出每秒每百萬秒差距72.8的結(jié)果。結(jié)合Ia超新星宿主星系中的銀河系造父變星，甚至給出了甚至更夸張的結(jié)果——每秒每百萬秒差距74.03公里。

隆伯里瑟說：“多年來反復(fù)測量，使得計算結(jié)果更加精確，同時彼此之間差異卻更大?！?/p>

但標(biāo)準(zhǔn)燭光模型有一個缺點(diǎn)。用于計算空間擴(kuò)展的方程式假設(shè)整個宇宙的質(zhì)量均勻分布。在大規(guī)模上，這可能或多或少是正確的——但在較小規(guī)模上，可能并非如此。

這可能會影響我們周圍空間的行為方式。因為如果我們的家星系處于低密度的空間腔泡中，那么腔泡外部較高密度殼層的引力會給星系帶來一點(diǎn)加速作用——使其移動的速度似乎快于宇宙膨脹的速度。

“如果我們處于一個巨大的'泡泡'中，物質(zhì)的密度顯著低于整個宇宙的已知密度，那么它將對超新星的距離產(chǎn)生影響，并最終影響到哈勃常數(shù)的確定?！?/p>

之前也有人提出類似的假說，但隆伯里瑟經(jīng)過數(shù)學(xué)計算，給出了可以被驗證的參數(shù)。

他計算得出，如果我們處于一個直徑約2.5億光年的氣泡中，且其內(nèi)的質(zhì)量密度不到周圍空間的一半，那么應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)燭光模型得到哈勃常數(shù)將與借助CMB計算出的哈勃常數(shù)更加一致。

而且我們確實知道，真的存在此類低密度的腔泡，因為宇宙之中無奇不有。銀河系就挨著一個低密度腔泡——直徑至少有1.5億光年，甚至可能高達(dá)3億光年。

但是，在我們揭開謎底之前，我們還需要牢記，有最新研究發(fā)現(xiàn)，宇宙的局部結(jié)構(gòu)對哈勃常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)燭光測量法沒有影響。

那仍然并不意味著我們需要推翻現(xiàn)有的物理學(xué)。然而，更多的研究表明，我們對Ia型超新星的理解存在缺陷，并且我們可能錯誤地估算了它們的亮度。另一項研究表明，可能還有另一種暗能量在早期的宇宙中提供了額外的加速度。

但隆伯里瑟相信他的理論。

他說：“在這種規(guī)模上出現(xiàn)這種波動的可能性是20：1到5：1，這意味著它不是理論家的憑空想象。在廣袤無垠的宇宙中存在很多像我們這樣的區(qū)域?！?/p>

該研究已發(fā)表在Physics Letters B上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。