我们这个时代最大且最激烈的关于宇宙的辩论之一,围绕着一个带有响亮名字的特殊难题:哈勃张力。这个词描述了一个事实,即尽管科学家们知道宇宙在每个方向上都在不断地膨胀,随着时间的推移,我们甚至可以清楚地看到星星和星系都在远离我们,但是,他们不能完美地计算出这种膨胀的速度。这使我们对宇宙的理解存在着一个巨大的鸿沟。证据表明,这一难题已经持续了多年,导致一些研究人员称其为宇宙学中迫在眉睫的危机。
当詹姆斯·韦伯望远镜发射入太空时,科学家们希望该望远镜可以帮助阐明现代天文学中的这个最大的谜团。然而实际上,詹姆斯·韦伯太空望远镜的发现并没有真正解决这个危机,从某种程度上讲,它使这个问题变得更加糟糕。今天,我们讲探讨宇宙学中危机的恶化。
在大部分的人类历史中,宇宙起源的研究是神话的事情。年,美国天文学家埃德温·哈勃带来了实证主义的突破,他解开了长期困扰天文学家的谜题:天上那些模糊的斑点到底是什么?那些被称为“星云”的东西是什么?它们是恒星间的气体团块吗?如果是,那么这片星空或许就是整个宇宙。或者说,这些“星云”其实是远离我们的独立的宇宙岛屿?哈勃进一步发现,其中一个我们如今称为仙女座星系的“星云”确实存在。此外,当哈勃观察其他星云的光时,他发现波长已经延伸到可见光谱的红端,这表明每个光源都在远离地球。注意,光的速度是恒定的,改变的是波之间的长度,这个长度决定了颜色。
年,比利时物理学家和神父乔治·拉马特尔注意到了一个模式:越远的星系,其红移越大,它越远,退得越快。年,哈勃独立地研究得出了相同的结论:宇宙正在不断扩张,但它从何处开始扩张的呢?如果将宇宙的扩张过程逆转,我们最终会回到一个起始点,或可以称之为一个宇宙的“诞生时刻”。不久之后,一些理论家提出了一个关于空间和时间起源于某种大规模爆炸的观点,这个观点后来被人们称为“大爆炸”。这个想法听起来很奇异,几十年来,在没有实际证据的情况下,大多数天文学家慢慢忽略了它。
直到年,当时两篇论文同时发表在天体物理学杂志上。第一篇是由普林斯顿大学的四位物理学家写的,预测了从原始火球中诞生的宇宙的当前温度。第二篇是由两位贝尔实验室的天文学家撰写的,报道了该温度的测量结果。贝尔实验室的射电天线记录了来自天空每个方向的辐射层,这被称为宇宙微波背景或CMB。科学家测得的温度为绝对零度上升的三度。尽管这个结果并不完全与普林斯顿团队的预测吻合,但作为首次尝试,其结果已足够接近,从而迅速促成了对大爆炸理论的普遍认同。年,曾经的哈勃学生阿兰·R·桑达奇发表了一篇在今天看来依旧具有影响力的论文,实际上也为当时的未来几十年确立了新科学的研究计划,宇宙学:寻找两个数字。
桑达奇说,一个数字是宇宙当前的扩张速度,即哈勃常数。第二个数字是该扩张减缓的速度,减速参数。科学家们首先确定了第二个数字的值。自20世纪80年代末以来,两组科学家开始通过一个共同的假设和一个共同的工具来测量减速。假设是,在一个充满物质的膨胀宇宙中,所有物质都与其他物质之间存在引力作用,一切都在拉扯其他事物,膨胀必须在减慢。工具是IA型超新星,这些爆炸的恒星,天文学家相信可以作为标准烛光,即光源,从一个例子到另一个例子都不会变,其亮度告诉你其相对距离。例如,当你离60瓦的灯泡越来越远时,它看起来会越来越暗,但如果你知道它是60瓦的灯泡,你就可以推断出你与它的距离。如果膨胀正在减慢,天文学家认为,在距地球相当远的地方的超新星会更为接近我们,因此比在一个恒定膨胀速度的宇宙中更亮。但是,两个团队都独立地发现,最远的超新星比预期的暗,所以它们实际距离应该更远。年,天文学家得出结论:宇宙的膨胀不是在减慢,而是在加速。这种加速的原因被称为暗能量,暗能量究竟是什么?无人知道,只是起了一个名称先作为占位符,期待后人弄清楚它究竟是什么。
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