我们对宇宙的认识出了问题。

 

它可能是一件小事:一个测量问题，使某些恒星看起来比它们实际的距离更近或更远，天体物理学家可以通过一些调整来解决这个问题，比如他们如何测量空间中的距离。它可能是一个大的错误——或者一系列的错误——在宇宙学上，或者我们对宇宙起源和进化的理解。如果是这样的话，我们的整个时空历史可能会被打乱。但无论问题是什么，它都使得对宇宙的关键观测结果彼此不一致:以一种方式测量，宇宙似乎在以一定的速度膨胀;用另一种方法测量，宇宙似乎在以不同的速度膨胀。而且，正如一篇新论文所显示的，这些差异在近年来变得越来越大，尽管测量结果变得更加精确。

 

“我们认为，如果我们对宇宙学的理解是正确的，那么所有这些不同的测量结果应该会给我们相同的答案，”北卡罗来纳州立大学(NCSU)的理论宇宙学家、这篇新论文的合著者凯蒂·马克(Katie Mack)说。

 

这两种最著名的测量方法的工作原理非常不同。第一种依赖于宇宙微波背景辐射(CMB):大爆炸后第一时刻遗留下来的微波辐射。宇宙学家已经在CMB的基础上建立了整个宇宙历史的理论模型——他们对这些模型非常有信心，而这需要一个全新的物理学来打破。马克说，综合起来，他们得出了一个相当精确的哈勃常数，即H0，它决定着宇宙目前的膨胀速度。

 

第二次测量使用了超新星和附近星系中闪烁的恒星，这些恒星被称为仙王座。通过测量这些星系离我们有多远，以及它们离我们有多快，天文学家们得到了他们认为是对哈勃常数非常精确的测量。这个方法提供了一个不同的H0。

 

“如果我们得到了不同的答案，这意味着有些事情我们还不知道，”马克告诉Live Science。“所以这不仅仅是关于了解目前宇宙的膨胀率——这是我们感兴趣的事情——而是关于了解宇宙是如何演变的，膨胀是如何演变的，以及时空一直在做什么。”

 

该论文的第一作者、NCSU的宇宙学家林卫康(Weikang Lin，音)说，为了全面了解这个问题，研究小组决定把所有“限制”H0的不同方法都集中在一个地方。这篇论文还没有被正式的同行评审或发表，可以在预印本服务器arXiv上找到。

 

这就是“约束”的意思:物理学中的测量结果很少能给出准确的答案。相反，他们限制了可能答案的范围。通过把这些约束放在一起看，你可以学到很多你正在学习的东西。例如，通过望远镜观察，你可能知道空间中的一个光点要么是红色的，要么是黄色的，要么是橙色的。另一种可能会告诉你，它比太空中大多数其他的灯都要亮，但比太阳要暗。另一个可能告诉你它在天空中以行星的速度移动。这些约束条件本身并不能告诉你多少，但综合起来，它们表明你正在关注火星。

 

林,麦克和第三作者,NCSU研究生Liqiang侯,看着限制两个常量:H0,和所谓的“质量分数”的宇宙,像Ωm表示,它告诉你有多少宇宙的能量,和是多少。许多测量H0也限制Ωm,林说,看他们有用的在一起。

 

扩展的洋红色椭圆标记的WMAP是可能的质量分数和哈勃常数的范围，过去可能是基于NASA过去对CMB的主要研究，即威尔金森微波各向异性探测器。标记为CV SN(“造父变星校准型- ia超新星”的缩写)的黄色柱状物指的是造父变星-超新星的测量，它没有限制宇宙的质量分数，但限制了H0。标记为SN P (ia型超新星万神殿的缩写)的红条是对宇宙质量分数的主要限制。

你可以看到WMAP和CV SN的边缘是重叠的，大部分在红色的条外。这就是几年前出现的差异，麦克说:这足以让人担心这两种测量结果会得出不同的答案，但还不足以让人觉得它们不兼容。

 

但近年来，一个名为普朗克合作的组织对宇宙微波背景辐射进行了一项新的测量。普朗克合作项目于2018年发布了最新的数据集，对宇宙的质量分数和膨胀率进行了非常严格的限制，用标记为普朗克的图上的黑色长条表示。

 

现在，两位作者写道，两幅截然不同的宇宙图景出现了。普朗克和WMAP——以及其他一系列的方法来限制H0和Ωm——或多或少都是兼容的。图上有一个地方，在白色破折号的圆圈里，它们都给出了类似的答案，关于宇宙膨胀的速度和它的物质构成。你可以看到图上几乎所有的形状都经过那个圆。

 

但是，最直接的测量方法，基于实际研究物体在我们的局部宇宙中有多远以及它们移动的速度，是不一致的。造父变星的测量在右边，甚至它的误差条(表示可能值范围的淡黄色位)也没有通过虚线圈。这是个问题。

 

斯坦福大学的宇宙学家Risa Wechsler说:“就在过去的几个月里，这个领域有很多活动。”“所以很高兴看到一切都被总结了。更新和Ωm H0而言,基本参数(宇宙),真的是澄清。”

 

不过，韦氏对《生活科学》杂志说，重要的是不要急于下结论。

 

“人们对此很兴奋，因为这可能意味着有了新的物理学，那将非常令人兴奋，”她说。

 

有可能CMB模型在某种程度上是错误的，杏耀苹果客户端这导致了物理学家在理解宇宙时的一些系统性错误。

 

“每个人都会喜欢的。物理学家喜欢打破他们的模型。“但到目前为止，这个模型运行得很好，所以我的前提是，必须有相当有力的证据来说服我。”

 

马克说，这项研究确实表明，仅通过引入一种新的物理学原理，就很难将来自本地宇宙的造父变星测量值与其他所有测量值相匹配。

 

麦克说，超新星造父变星的计算可能是错误的。也许物理学家测量我们所在宇宙的距离是错误的，这导致了计算错误。不过，很难想象这种误判会是什么样子，她说。许多天体物理学家从零开始测量了局部距离，并得出了类似的结果。作者提出的一种可能性是，我们生活在宇宙中一个奇怪的地方，那里的星系更少，引力更小，所以我们的邻居比整个宇宙膨胀得更快。

 

她说，这个问题的答案就在眼前。但更有可能是几年或几十年后。

 

“这要么是宇宙中的新事物，要么是我们对自己的测量结果所不了解的东西，”她说。

 

韦奇斯勒说，她打赌会是后一种情况——某些测量值周围的误差条可能有些地方不太正确，一旦这些误差条被解决了，图像就会更完美地结合在一起。

 

未来的测量可能会澄清这个矛盾——要么解释它，要么提高它，表明有必要建立一个新的物理学领域。定于2020年上线的大型巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope)应该能发现数亿颗超新星，这将极大地改善天体物理学家用来测量星系之间距离的数据集。麦克说，最终， 杏耀手机客户端 ，引力波的研究也会变得足够好，杏耀苹果app以限制宇宙的膨胀，这应该会给宇宙学增加另一个层次的精确性。她说，未来，物理学家甚至可能开发出足够灵敏的仪器，可以实时观察物体之间的相互膨胀。

 

但目前，宇宙学家们仍在等待和疑惑，为什么他们对宇宙的测量在一起没有意义。