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新研究確認宇宙學爭議 待新物理學給出解釋
新研究確認宇宙學爭議 待新物理學給出解釋新研究確認宇宙學爭議 待新物理學給出解釋
宇宙到底膨脹得多快？壹項最新研究給出了最精確的宇宙膨脹率，但依然解決不了“哈勃常數（宇宙膨脹速率）爭議”，現在，科學家需要更認真地考慮超越當前標准宇宙學模型的新物理學的可能性。
壹支國際天文學家團隊對宇宙膨脹速率進行了迄今為止精度最高的測量，然而結果非但沒有對壹個令人費解的矛盾——“哈勃常數爭議”（Hubble tension，或翻譯為“哈伯張力”）給出明確答案，反而令他們愈發困惑。這壹結果可能意味著，人類目前對宇宙的理解仍存在根本性的缺陷。
研究團隊整合了多種不同的宇宙膨脹測量方法，力求得出精准數據。結果顯示，宇宙正以約73.5公裡/秒/百萬秒差距（73.5km/s/Mpc）的速度膨脹（百萬秒差距為距離單位，相當於326萬光年）。
科學家指出，這壹數值的准確度超過1%， 但與依賴於描述宇宙自大爆炸以來演化的標准宇宙學模型推斷出的較低膨脹速率，存在明顯差異，這說明“哈勃常數爭議”確實存在。
研究成果於4月10日發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。研究人員在論文中表示，這壹結果表明，可能需要重新檢視現有理論，此發現“進壹步支持了新物理學的存在”。
兩種方法，兩種答案
傳統上，科學家主要采用兩種方式來測量宇宙膨脹速率：壹種是“宇宙距離階梯”法，依賴於觀測近域宇宙中恒星和星系的距離，直接測量它們遠離地球的速度；另壹種則是“宇宙微波背景”（CMB）法，利用宇宙微波背景輻射的觀測數據，套用標准宇宙學模型（ΛCDM），推算今日宇宙應有的膨脹速率。
這兩種方法理應得出壹致的結果——然而事實並非如此。
CMB法的推算顯示，膨脹速率約為67—68公裡/秒/百萬秒差距；而對近域恒星的直接觀測卻顯示速率約為73，明顯偏高。盡管數值差異看似不大，但已遠遠超出統計誤差所能解釋的范圍。這壹矛盾被稱為“哈勃常數（宇宙膨脹速率）爭議”，且已在眾多研究中反復出現。
整合多方數據，謎團依然未解
為了得到更精確的答案，或找出這壹差異的成因，科學家們整合了多種測量技術，構建出壹套名為“近域距離網絡”的模型。該模型涵蓋了對光度已知的紅巨星、超新星爆炸以及不同類型星系的觀測數據。
結果以高精度再次確認：宇宙膨脹速率確實約為73.5公裡/秒/百萬秒差距。即便逐壹剔除單壹測量技術，這壹數值仍然保持不變，排除了任何測量方法存在明顯誤差的可能性。
研究人員在論文中寫道：“這項研究有效排除了那些僅依賴於近域距離測量中某個被忽略的單壹誤差來解釋‘哈勃常數爭議’的說法。”
作者們總結道：“如果‘哈勃常數爭議’確實存在——正如日益增多的證據所顯示的那樣——它可能指向超出標准宇宙學模型的新物理學。”
宇宙膨脹示意圖。(Shutterstock)
宇宙學模型或有重大缺漏
研究人員表示，此發現意義深遠——這意味著以早期宇宙測量為基礎的標准宇宙學模型，很可能遺漏了某些關鍵因素。或許是這些模型未能充分考慮暗能量的影響、新型粒子的存在，抑或是重力本身的變化。
“如果這種爭議反映了真實的物理現象，它可能暗示了標准宇宙學模型之外的新要素，或者需要我們重新評估關於早期宇宙的推論。”他們說。
“這項研究表明，那些僅將‘哈勃常數爭議’歸因於近域距離測量中某個被忽略的單壹系統誤差的解釋，已越來越難以成立。”
“‘哈勃常數爭議’或許並非測量誤差所致，而是現有宇宙模型缺少某個關鍵組成部分的有力佐證。”研究人員說道。
“隨著大量下壹代天文台提供更精確的觀測數據，天文學家希望能最終厘清：這壹差異究竟能否得到解決，還是將繼續指向新物理學的存在。”
科學家們討論的假設包括（導致宇宙膨脹的充當反重力的）暗能量的密度或演化隨時間的變化。其它想法涉及在非常大的宇宙學尺度上對重力理論的修改。壹些研究人員探索了早期宇宙的物質和輻射內容中的其它成分。這些解釋都沒有得到證實，爭論仍然存在。
這支研究團隊共有40名學者參與，成員來自美國國家科學基金會資助的美國國家光學紅外天文研究實驗室（NOIRLab），及太空望遠鏡科學研究所。
從大爆炸到大坍縮
過去30年，天文學界普遍認為宇宙的膨脹——大爆炸——速度正在不斷增加，這種膨脹是由壹種充當反重力的神秘暗能量所致。然而科學家近來警告，宇宙或許將以“大坍縮”告終。
根據這壹令人不寒而栗的理論，宇宙最終將開始向內坍縮，直至所有物質被壓縮成壹個熾熱、致密的火獄。原因在於，目前推動萬物彼此遠離的“暗能量”，可能終將被引力所壓制，宇宙便會在引力的牽引下重新收縮。
壹旦這壹情景成真，恒星與星系將相互碰撞、融合，匯聚成壹個燃燒的核心，恒星表面的烈焰將點燃周遭其它天體。宇宙的能量將持續升溫，直至達到數千攝氏度，將氫原子撕裂為自由質子與電子。
最終，整個宇宙將化為壹個龐大無垠的火球，所有物質、所有生命，乃至時間與空間本身，都將在無盡引力的重壓之下灰飛煙滅。
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壹支國際天文學家團隊對宇宙膨脹速率進行了迄今為止精度最高的測量，然而結果非但沒有對壹個令人費解的矛盾——“哈勃常數爭議”（Hubble tension，或翻譯為“哈伯張力”）給出明確答案，反而令他們愈發困惑。這壹結果可能意味著，人類目前對宇宙的理解仍存在根本性的缺陷。
研究團隊整合了多種不同的宇宙膨脹測量方法，力求得出精准數據。結果顯示，宇宙正以約73.5公裡/秒/百萬秒差距（73.5km/s/Mpc）的速度膨脹（百萬秒差距為距離單位，相當於326萬光年）。
科學家指出，這壹數值的准確度超過1%， 但與依賴於描述宇宙自大爆炸以來演化的標准宇宙學模型推斷出的較低膨脹速率，存在明顯差異，這說明“哈勃常數爭議”確實存在。
研究成果於4月10日發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。研究人員在論文中表示，這壹結果表明，可能需要重新檢視現有理論，此發現“進壹步支持了新物理學的存在”。
兩種方法，兩種答案
傳統上，科學家主要采用兩種方式來測量宇宙膨脹速率：壹種是“宇宙距離階梯”法，依賴於觀測近域宇宙中恒星和星系的距離，直接測量它們遠離地球的速度；另壹種則是“宇宙微波背景”（CMB）法，利用宇宙微波背景輻射的觀測數據，套用標准宇宙學模型（ΛCDM），推算今日宇宙應有的膨脹速率。
這兩種方法理應得出壹致的結果——然而事實並非如此。
CMB法的推算顯示，膨脹速率約為67—68公裡/秒/百萬秒差距；而對近域恒星的直接觀測卻顯示速率約為73，明顯偏高。盡管數值差異看似不大，但已遠遠超出統計誤差所能解釋的范圍。這壹矛盾被稱為“哈勃常數（宇宙膨脹速率）爭議”，且已在眾多研究中反復出現。
整合多方數據，謎團依然未解
為了得到更精確的答案，或找出這壹差異的成因，科學家們整合了多種測量技術，構建出壹套名為“近域距離網絡”的模型。該模型涵蓋了對光度已知的紅巨星、超新星爆炸以及不同類型星系的觀測數據。
結果以高精度再次確認：宇宙膨脹速率確實約為73.5公裡/秒/百萬秒差距。即便逐壹剔除單壹測量技術，這壹數值仍然保持不變，排除了任何測量方法存在明顯誤差的可能性。
研究人員在論文中寫道：“這項研究有效排除了那些僅依賴於近域距離測量中某個被忽略的單壹誤差來解釋‘哈勃常數爭議’的說法。”
作者們總結道：“如果‘哈勃常數爭議’確實存在——正如日益增多的證據所顯示的那樣——它可能指向超出標准宇宙學模型的新物理學。”
宇宙膨脹示意圖。(Shutterstock)
宇宙學模型或有重大缺漏
研究人員表示，此發現意義深遠——這意味著以早期宇宙測量為基礎的標准宇宙學模型，很可能遺漏了某些關鍵因素。或許是這些模型未能充分考慮暗能量的影響、新型粒子的存在，抑或是重力本身的變化。
“如果這種爭議反映了真實的物理現象，它可能暗示了標准宇宙學模型之外的新要素，或者需要我們重新評估關於早期宇宙的推論。”他們說。
“這項研究表明，那些僅將‘哈勃常數爭議’歸因於近域距離測量中某個被忽略的單壹系統誤差的解釋，已越來越難以成立。”
“‘哈勃常數爭議’或許並非測量誤差所致，而是現有宇宙模型缺少某個關鍵組成部分的有力佐證。”研究人員說道。
“隨著大量下壹代天文台提供更精確的觀測數據，天文學家希望能最終厘清：這壹差異究竟能否得到解決，還是將繼續指向新物理學的存在。”
科學家們討論的假設包括（導致宇宙膨脹的充當反重力的）暗能量的密度或演化隨時間的變化。其它想法涉及在非常大的宇宙學尺度上對重力理論的修改。壹些研究人員探索了早期宇宙的物質和輻射內容中的其它成分。這些解釋都沒有得到證實，爭論仍然存在。
這支研究團隊共有40名學者參與，成員來自美國國家科學基金會資助的美國國家光學紅外天文研究實驗室（NOIRLab），及太空望遠鏡科學研究所。
從大爆炸到大坍縮
過去30年，天文學界普遍認為宇宙的膨脹——大爆炸——速度正在不斷增加，這種膨脹是由壹種充當反重力的神秘暗能量所致。然而科學家近來警告，宇宙或許將以“大坍縮”告終。
根據這壹令人不寒而栗的理論，宇宙最終將開始向內坍縮，直至所有物質被壓縮成壹個熾熱、致密的火獄。原因在於，目前推動萬物彼此遠離的“暗能量”，可能終將被引力所壓制，宇宙便會在引力的牽引下重新收縮。
壹旦這壹情景成真，恒星與星系將相互碰撞、融合，匯聚成壹個燃燒的核心，恒星表面的烈焰將點燃周遭其它天體。宇宙的能量將持續升溫，直至達到數千攝氏度，將氫原子撕裂為自由質子與電子。
最終，整個宇宙將化為壹個龐大無垠的火球，所有物質、所有生命，乃至時間與空間本身，都將在無盡引力的重壓之下灰飛煙滅。
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