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深度长文:宇宙的年龄居然比地球还小?天文学家为这事吵了近百年!

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先给你丢一个荒唐结论:1929年,天文学家哈勃用自己的观测数据算出来,宇宙大约只有20亿岁。



可当时的地质学家早就在地球上找到了40多亿岁的岩石。

算下来,宇宙比地球还年轻,地球比宇宙还老。连太阳系这点"小角落"的资历,都比整个宇宙深?

你肯定觉得这是在扯淡。

地球明明是宇宙里的一粒尘埃,一颗尘埃怎么可能比宇宙还老?

但这不是哈勃瞎编的,是他的望远镜数据一笔一笔算出来的。

更离谱的是,就为了这个结论,天文学家们吵了快一百年,到现在都没吵完,还越吵越凶,连最先进的望远镜都搬出来了。

今天就带你捋一捋,到底是怎么回事。

这一百年来,天文学家争来争去,其实争的就是一个数字。这个数字叫哈勃常数,说白了就是宇宙现在膨胀得有多快。数字越大,宇宙越"年轻";数字越小,宇宙越"老成"。而这个数字,从诞生那天起就一路往下掉,500,250,180,50,80,72,67……一拨人说这个,一拨人说那个,谁也不服谁。

那问题来了:宇宙膨胀,这个结论本身靠谱吗?凭什么说宇宙在膨胀?

先别急,咱一步一步来。

想知道宇宙膨胀不膨胀,首先得知道星系离我们多远。

可宇宙那么大,没有卷尺,怎么办?

天文学家发明了一套土办法,叫"距离阶梯"。

什么意思呢?

就是你手里只有一把一米长的尺子,但你想量一千米外那栋楼,怎么办?

你先用尺子量出门前这棵树的位置,再从树那儿量到街角,再一步步量过去。每一级都建立在上一级的基础上,一级一级往外"递"。

宇宙里的尺子,就是一类叫"标准烛光"的天体。



说白了就是像出厂功率标定的灯泡:你离一个灯泡越远,看到它越暗。如果你知道它本来有多亮,再对比你看到的亮度,就能算出它离你多远。

亮度差多少,距离就差多少,这个逻辑小学生都懂。

但问题又来了:你怎么知道这个灯泡的"出厂功率"?

这就得请出第一级台阶:视差法。

原理特别简单,你伸出一根手指头放在眼前,先闭左眼看,再闭右眼看,手指头的位置是不是"跳"了一下?



离你越近的东西,跳得越厉害。

天文学家就是利用地球绕太阳公转,在轨道两头各看一次恒星,看它在背景星星里"跳"了多少,再用三角几何算出距离。



这个方法准是准,但只对近处的星星管用。

远处的星星跳得实在太慢了,肉眼根本分辨不出来,就像你看远处的大山,闭左眼闭右眼,它纹丝不动。

所以,视差法只能量银河系家门口那点地方。再往外,就得换灯泡了。

这个灯泡,是造父变星。

讲造父变星,得先讲一个女人:勒维特。她是哈佛天文台的"计算机"。

那时候女性不让用望远镜搞研究,只让她们干算数的活儿。

1912年,勒维特盯着小麦哲伦云里的造父变星看,发现了一个规律:这类星星的亮度会周期性地变,而周期越长,它真正的亮度就越大。



这个规律后来叫"周光关系"。

就这么一句话,天文学家手里突然多了一把能伸到老远的尺子。

造父变星又大又亮,银河系外也能看见,天文学家只要测出它的光变周期,就知道它本来多亮,再一看它现在多暗,距离就出来了。

但你别忘了,灯泡的"出厂功率"也是要校准的。

怎么校准?

把附近几颗造父变星用视差法量出精确距离,反过来把"周光关系"标定好,然后才能拿去量远处的造父变星。

一级标定一级,这就是"距离阶梯"的玩法。

顺便说一嘴,"造父变星"这名字听着怪,其实是从中文译名来的。

这种星星的代表是仙王座里那颗叫"造父一"的变星,天文学家就把整类星星叫成了造父变星。

你要是晚上认星星,北极星其实就是一颗造父变星,只不过它离我们近,变化又极其规律,肉眼看不明显罢了。



勒维特发现周光关系那会儿,她连望远镜都不让碰,只能在一堆干巴巴的观测数据里翻找规律。

你能想象吗,人类伸向河外星系的第一把"长尺子",就这么被一个连望远镜都摸不着、拿着微薄薪水的女天文工作者,从成千上万张底片里翻出来了。

不过,造父变星再亮,说到底也只是一颗恒星。河外星系一旦远过150万光年左右,连威尔逊山天文台那台当时全世界最大的望远镜,也分辨不出里面的造父变星了。

那怎么办?

哈勃只好硬着头皮,又往上搭了两级台阶:

第三级,用星系里最亮的那颗恒星当蜡烛,假设它跟银河系里最亮的恒星一样亮;

第四级,用星系团里第五亮的星系当蜡烛,假设所有星系团里第五亮的星系亮度都差不多。

用今天的眼光看,这两级台阶糊弄得很,几乎算是"拍脑袋"。

但当年没办法,只能硬上。

也正是这两级不结实的台阶,后来给哈勃惹了大麻烦。

尺子有了,接下来量什么呢?量星系的"红移"。

啥叫红移?

星系发出的光不是纯色,而是好多波长混在一起,把各种波长的光按顺序排开,就是光谱。

如果星系朝着地球飞,光波会被挤短一点;如果它正远离地球,光波会被拉长一点。

这就是多普勒效应,跟火车鸣笛开过来音调变尖、开走音调变闷一个道理。



在光学天文里,天文学家习惯把短波长那头叫"蓝端",长波长那头叫"红端"。所以,光谱往红端挪,就叫红移。



早在1914年,天文学家斯里弗就宣布了一个吓人的发现:夜空里的星云,光谱普遍都在红移,也就是说都在远离地球。

他还发现,越暗的星云,跑得越快。

可是斯里弗有个死穴:他不知道星云到底是啥。

在那个年代,"星云是不是银河系外的东西"还没定论,有人说它们是银河系里的气体团,有人说它们是"宇宙岛"。

既然连对象都没搞清楚,他自然也没法解释为啥都在红移。

再加上观测误差一直折磨他,熬了十几年,斯里弗终于扛不住,放弃了这块领域。

顺带说一句,就算到了哈勃之后,也不是所有人都买"红移等于远离"这笔账。

还有人提出过"疲劳光"假说:光在宇宙里跑了几十亿年,跑累了,能量一点点漏掉,波长就变长了,于是看起来红移了,跟星系动不动没关系。

这个说法听着挺省事,不用劳烦宇宙膨胀,但后来的观测把它按在地上摩擦,比如超新星的光变曲线,远处爆的超新星,它变亮变暗的节奏在时间上被拉长了,这只有"空间本身在膨胀、时间被拉长"能解释,"光跑累了"可解释不了这个。

所以红移等于退行,这个账最后还得认。

斯里弗放弃了,有人接棒。

这人就是哈勃。

1928年,哈勃找到天文台最牛的观测手赫马森,问他:兄弟,要不要跟我一起,测测星云的红移?

你可能觉得哈勃就是个运气好的捡漏王,其实不是。

他手里有三张牌,斯里弗一张都没有。

第一张牌,哈勃会测距离。

就在四年前,他刚用造父变星测出了一堆星云的距离,证明那些漩涡星云根本不是银河系里的东西,而是一个个和银河系一样璀璨的恒星世界,也就是"河外星系"。

这一下,他成了人类第一个真正看清宇宙的人,名声大噪,还当上了美国科学院最年轻的院士。会测距离,就意味着他能研究红移和距离的关系,而不仅仅是一堆红移数据。

第二张牌,他有全世界最好的望远镜,威尔逊山天文台的100英寸胡克望远镜。

当年科学界普遍怀疑斯里弗的数据不靠谱,哈勃用胡克望远镜,能拍到更暗的星系,红移也测得准得多。

第三张牌,就是赫马森。

拍星系光谱得长时间曝光,对观测者的耐心和技巧要求极高,而赫马森就是威尔逊山天文台公认的观测第一人。



这哥们14岁就辍学了,没上过大学,最开始是以杂工身份混进天文台的,负责扫地打杂。但他玩望远镜的手艺实在太逆天,把台里的天文学家沙普利和台长海尔都看傻了,直接把他转正成驻站观测员。

过去十几年,台里最重要的观测成果几乎都有他的功劳。

三张牌凑齐,干吧。

哈勃和赫马森下手非常狠,他们观测的第一个星系,就比斯里弗观测过的所有星系都暗。

结果也毫不意外,这个星系以大约每秒3000公里的速度逃离地球,比斯里弗见过的最快的红移还翻了一倍。

到1929年,俩人攒了四十多个星系的红移数据,但能测出距离的只有24个。

就是这24个点,炸出了一篇划时代的论文。

论文只有短短六页,哈勃把星系的退行速度和距离画在一张图上,然后所有人都傻眼了:这些点乖乖排成一条直线,星系退行的速度,居然正比于它离我们的距离!



哈勃算了一下比例系数,K=500,单位是km/s/Mpc。Mpc叫百万秒差距,一个百万秒差距大约等于326万光年。

说白了就是:离我们100万秒差距的星系,正以每秒500公里的速度狂奔而去。

这就是著名的红移-距离关系,后来被人命名为"哈勃定律"。



为了纪念他,比例系数的字母K也被换成了H,哈勃名字的首字母。

等一下,为什么星系离我们越远,跑得越快?

1929年那篇论文里,哈勃对这个事儿没敢多说,只是含糊地提了一句,这可能是宇宙学家说的时空效应。

但理论宇宙学家们已经激动得快蹦起来了:这不就是宇宙膨胀的直接证据吗?

怎么理解宇宙膨胀?

最经典的比喻就是面包和葡萄干。



把宇宙想象成一块正在烘烤的面包,星系就是嵌在里面的葡萄干。

面包一膨胀,葡萄干之间的距离就拉大;而且原本离得越远的葡萄干,被面包撑开的速度就越快。

在牛顿的绝对时空观里,空间是死的,空间膨胀这种事儿根本无法想象。

但爱因斯坦的广义相对论早就铺好了路。1917年,爱因斯坦自己就动过手,把相对论拿去研究宇宙。

他发现,如果宇宙里的物质在大尺度上均匀分布,那么按照广义相对论,宇宙根本稳不住,会自己塌缩或者膨胀。

除非……他在方程里硬塞一个常数进去,抵消引力,让宇宙"静止"。

这个常数后来被称为"宇宙学常数"。



注意,当时爱因斯坦塞这个常数,纯粹是为了让宇宙看起来"正常",观测上一点依据都没有。

后来,俄国数学家弗里德曼跳了出来。

他本职是搞气象学的,研究流体和气体动力学,广义相对论一传到苏联他就看懂了,顺手就把它用到了宇宙学上。

1922年和1924年,他连发两篇论文,用数学证明:就算你把宇宙学常数加上,宇宙还是稳不住,膨胀或者收缩才是它的"自然状态"。

爱因斯坦一开始根本不信,俩人通信辩论了好几轮,最后爱因斯坦不得不承认:弗里德曼的推导是对的。

可惜,弗里德曼1925年就去世了,没能亲眼看到自己的理论被验证。

更惨的是,上世纪二十年代的宇宙学冷清得要命,他的论文发出去,好几年都没人理。直到1927年,勒梅特和罗伯森才先后跟上来,指出如果宇宙真在膨胀,那星系的距离和红移之间就应该存在某种关联。

然后,1929年,哈勃的数据出来了。人们这才意识到:原来膨胀宇宙不是纸上谈兵,是真有观测撑腰的。

那爱因斯坦怎么看?

这时候他对静态宇宙的热情早就凉了,甚至开始后悔自己当年塞的那个宇宙学常数,把它形容成"一生最大的错误"。



1931年,爱因斯坦受邀访问加州理工学院,记者们跟疯了一样围追堵截,什么"怎么用一个字定义第四维""怎么用一句话解释相对论",全是些没营养的问题,爱因斯坦也就用玩笑糊弄过去。

记者们不满足,他们需要劲爆新闻。终于,在加州的演讲会上,爱因斯坦松口了。他在演讲的最后,简短地宣布:哈勃和他的合作者对宇宙的研究,具有划时代的意义。

全场哗然。下一个瞬间,记者们像潮水一样冲向了哈勃。

故事讲到这儿,看着挺圆满:宇宙膨胀被证实了,爱因斯坦认输了,哈勃封神了。



但别高兴太早。发现宇宙膨胀的哈勃,自己反而怂了。

进入三十年代,哈勃在公开场合越来越少提"宇宙膨胀"这四个字。

为啥?

因为数据越攒越多,他越来越觉得不对劲。

他发现自己修正了一些潜在的观测误差之后,那个红移-距离关系居然变得更差了,数据点不再是漂亮的直线,而是散得稀里哗啦。

更要命的是那个年龄问题。

在广义相对论框架下,如果宇宙里没有宇宙学常数,那宇宙的寿命不会超过哈勃常数的倒数。

按哈勃自己的500来算,宇宙年龄的上限就是20亿年。

可地质学家明明找到了40多亿岁的岩石。

地球比宇宙还老,这不是闹鬼吗?

哈勃心里也犯嘀咕:到底是宇宙真的在以某种诡异的方式演化,还是我自己的观测里藏着一堆还没被发现的问题?他更倾向于后者,毕竟他太清楚自己的距离阶梯有多不牢靠了。

所以,他决定在得到确凿结论之前,闭嘴。

1948年,帕洛玛天文台200英寸的海尔望远镜建成,这是当时全世界最大的光学望远镜,光是把镜面运过去就成了报纸头条。

对哈勃来说,这正是重新校准宇宙距离阶梯的利器。

1951年,他放话要搞一个宏伟计划:用这台新望远镜,把距离阶梯的每一级都重新校准一遍,给宇宙一个精确的答案。他给自己留了2-3年。

结果,1949年他查出了心血管疾病,身体一天不如一天。1953年,脑血栓,病逝。计划永远停在了纸面上。

但故事没有结束。哈勃的棺材板还没凉透,打脸的就来了。

1952年,威尔逊山天文台的巴德找到了哈勃测量里的第一颗大雷:宇宙里其实存在两种不同的造父变星。

哈勃用来标定周光关系的那种,和用来测M31星系距离的那种,根本不是同一类,亮度差着一截。

就这么一混,哈勃的第一级台阶就埋下了两倍的误差。

把这个雷排掉,哈勃常数从500直接掉到250左右。宇宙年龄跟着翻了一倍,虽然还是跟地球的40亿岁较劲,但至少没那么离谱了。

真正让哈勃常数一路狂泻的,是桑德奇。

桑德奇是加州理工学院天文系的第一届学生,本科时就被哈勃的研究迷得不行,后来跑到威尔逊山天文台,师从巴德学观测。但不管名义上还是精神上,他都是哈勃的学生。

哈勃生病期间,他是助手;哈勃去世后,他就成了哈勃那套校准计划最忠实的执行人。

桑德奇比哈勃还狠。

他把宇宙学的观测目标直接总结成两个参数:

一个是哈勃常数,代表附近宇宙的膨胀速率;

另一个是减速因子q0,代表膨胀速率随时间怎么变。

后者甚至能揭示宇宙的命运:如果q0是负的,说明宇宙在加速膨胀,爱因斯坦方程里那个宇宙学常数是真的,宇宙会永远膨胀下去;反过来,如果减速足够大,宇宙总有一天会收缩回来,再来一次大坍缩。

1956年,桑德奇挖出了哈勃测量里的第二个大雷:哈勃当年用"星系最亮恒星"当第三级台阶的标准烛光,可桑德奇发现,哈勃找出来的那些"亮星",很多根本不是恒星,而是气体电离区,一大团被恒星照亮的电离气体,比最亮的恒星还要亮得多。

这还怎么当蜡烛?

把这个问题修正掉,哈勃常数再次跳水,掉到180。

从这以后,桑德奇发了一系列文章,题目就叫"通向哈勃常数之路",一路攒数据一路修误差,哈勃常数也跟着一路下滑。到七十年代,他的数值已经降到50,比哈勃最初测的整整低了10倍。

这时候,别的研究组也下场了。

德沃库勒尔、阿伦森和莫尔德等人测出来的却是80,跟桑德奇的50差了一大截。两拨人的分歧集中在室女星系团的距离上。室女星系团是离我们最近的星系团,想要把测距伸向更远的宇宙,就得先把它的距离量准。

德沃库勒尔他们说,室女星系团大约在5000万光年外;桑德奇却说,你们那套测量没把观测选择效应清理干净,真实距离应该在7000万光年。

红移都一样的情况下,把星系放得越远,算出来的哈勃常数就越小。所以桑德奇拿50,对方拿80,谁也说服不了谁。

哈勃常数的研究,卡就卡在距离阶梯最要命的那一环:造父变星的距离测量。造父变星本身是最准的标准烛光,可地面望远镜受大气干扰,只能测到少数近邻星系里的造父变星。

直到1990年,美国把一台口径2.4米的望远镜送上了太空轨道,这台望远镜的名字就叫"哈勃"。



到了天上,没有大气层的捣乱,哈勃望远镜的分辨率和探测深度直接起飞,室女星系团里的造父变星它都能一颗颗分辨出来,亮度变化测得一清二楚。测量哈勃常数,本来就是这台望远镜的关键科学目标之一。

这个活儿由天文学家弗里曼团队主导。

她们攒了一个超大样本的造父变星,还借伊巴谷卫星的视差数据,把本地造父变星的周光关系重新精确定标了一遍。2001年5月,弗里曼团队发表最终结果:哈勃常数72,误差8。

72,正好卡在桑德奇的50和德沃库勒尔的80中间。两边都不得罪,两边又都不满意。

故事到这儿,你觉得该消停了吧?

并没有。

真正的大戏,这时候才刚开锣。

还记得桑德奇念念不忘的那个"减速因子"吗?

他想测宇宙膨胀的加速度,好确定宇宙到底是永远膨胀还是会收缩。这玩意儿比哈勃常数难测得多,得看红移非常大的、非常遥远的天体。红移超过0.3之后,距离阶梯那套玩法基本就失效了。

桑德奇试了一圈,最后选了星系团里最亮的椭圆星系当标准烛光。结果搞椭圆星系研究的同行纷纷摇头:椭圆星系的性质会随着红移演化,根本不是什么可靠的蜡烛。九十年代,连桑德奇自己都承认:想定这个加速度,难。

但这时候,一个新角色登场了:Ia型超新星。



Ia型超新星太适合当标准烛光了。

它极亮,远得离谱的也能看到;它的爆发机制很统一,双星系统里,一颗白矮星不断吸积伴星的物质,质量一旦超过钱德拉塞卡极限,就会轰的一下爆掉。

所以Ia型超新星的最大光强都差不多,亮度变化曲线也长得像。



图:Ia型超新星红移距离关系。上半幅图中,横轴是超新星的红移,纵轴是距离模数(可以认为是代表了距离)。下半幅图表现了不同宇宙学模型相对一个闭合且减速膨胀的宇宙的偏离,点线和虚线都代表不同的减速膨胀宇宙,而黑色实线代表一个加速膨胀的平直宇宙。红色和蓝色的点是两个不同的超新星研究组观测的数据

认出一颗来,距离和红移就都有了。

问题只剩一个:超新星爆发是宇宙里极稀罕的事,怎么找?

1988年,帕穆勒搞了个"超新星宇宙学计划",想出一招:每次新月夜,趁天空最暗,用大视场望远镜对准同一片天区咔咔拍照。

如果两次拍摄之间那儿爆了颗超新星,照片上就会多出一个亮点,用快速图像分析技术立马就能认出来,然后通知夏威夷、智利那些更大型的望远镜继续追。

几乎是同一时间,施密特在澳大利亚的斯特朗洛山天文台也组了个竞争小组,"高红移超新星搜索计划"。

两队人马各自为战,较着劲地找超新星。

1998年和1999年,两篇爆炸性论文前后脚出炉。

结果让所有人目瞪口呆:这些遥远的超新星,比预期的要暗!暗,就意味着它们比理论算出来的位置更远,也就是说,宇宙不是在减速膨胀,而是在加速膨胀!

这里得掰扯清楚"暗"和"加速"是怎么画上等号的,不然你肯定觉得这帮人在瞎扯。

超新星的红移告诉你它是什么年代爆的,也就是它发出光那会儿宇宙有多大;超新星的亮度是根标准烛光,告诉你它现在离我们多远。

把两个数据往一起对:按"宇宙一直在减速"的老模型算,红移0.5的超新星应该在这个距离;可测出来的亮度显示,它实际在更远的地方。

更远是啥意思?

意思是它爆完以后,光在宇宙里多跑了老大一段路。

光多跑了路,只能说明宇宙膨胀得比老模型预期的慢,慢在哪儿?就慢在早期。而早期慢、后期快,翻译过来就是:膨胀在加速。

就这么一锤子,把所有人预想中的"减速宇宙"给锤碎了。

爱因斯坦那个被当成"一生最大错误"的宇宙学常数,居然是真的。



暗能量,登场了。

因为这个发现,帕穆勒、施密特和瑞斯三人拿了2011年的诺贝尔物理学奖。

到这会儿,一套"自洽"的宇宙学模型算是立起来了。

在这套模型里,宇宙由四种组分构成:重子物质,也就是你我、星球、可见的一切,只占总量的4%;暗物质,不发光不参与电弱相互作用,只能靠引力效应被发现,比可见物质多好几倍;辐射,最主要就是微波背景光子,占比小到连万分之一都不到;剩下的70%多,是暗能量,它提供的是让空间膨胀的"排斥性引力",是宇宙加速膨胀的发动机。



在最简单的模型里,暗能量的密度处处相同、不随时间变化,效果等同于爱因斯坦方程里那个宇宙学常数。

啥叫暗物质?

说穿了就是:你数一数星系里能看见的星星,算算它们的引力够不够把星系"粘"在一起,结果发现不够,远远不够。

要么引力定律在星系尺度上失效,要么就是还有一种看不见的东西在偷偷出力。

证据越攒越多:星系外围的恒星转得太快了,按可见物质算早就该甩飞出去,可它们稳稳当当待在那儿。

现在的主流解释就是暗物质:它不发光、不吸收也不反射光,只跟引力打交道,你永远看不见它,但你能感觉到它拽着整团星系的手。

暗能量就更玄了,它连拽都不拽,是往反方向"推",把空间本身撑开。

这四个组分的能量密度给定,再测准哈勃常数,宇宙的演化史就定下来了。

哈勃常数的精确测量、超新星的减速因子测定、微波背景辐射观测、宇宙大尺度结构观测,四大件拼成了标准宇宙学模型的基石。

说到微波背景辐射,这里得插一段。

微波背景辐射是大爆炸理论最重要的证据。



把宇宙膨胀的时间箭头倒着拨回去,宇宙会越来越热、越来越密,物质全挤成一锅粒子粥。早期宇宙发出的光,经历了漫长的红移,如今变成了均匀弥散在天空各个方向的微波,这就是微波背景辐射。

1965年,贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊被一个"多余的噪音"折磨得够呛。



他们那台天线怎么调试都有一阵来历不明的嗡嗡声,起初还以为是天线里的鸽子粪造成的,把鸽子粪清理干净,噪音还在。

最后他们才反应过来:这玩意儿来自四面八方,均匀得可怕,这就是宇宙大爆炸的余晖。

因为这个发现,两人拿了1978年的诺贝尔物理学奖。

微波背景辐射对宇宙学家来说,意味着第二把尺:标准尺。

天文学家从背景辐射的微小起伏里,读出了宇宙早期视界的大小,从宇宙诞生到背景辐射发出时,光子能跑的最远距离。这个尺度能理论算出来。



拿理论值和观测值一比,宇宙怎么演化的,哈勃常数是多少,就都有了。

标准烛光量近处,标准尺量远处,各干各的活儿。

如果故事到这儿就圆满收场,那宇宙学也太无聊了。

2013年,PLANCK卫星发布了微波背景辐射的数据分析结果:哈勃常数67.3,误差正负1.4。

这个数字看起来只比哈勃望远镜测的低一点点,但它的误差小得惊人。

也就是说,它跟弗里曼、瑞斯他们用距离阶梯测出来的72上下,差出了一大截,而且这个差距怎么都填不上。

2016年,瑞斯团队再次出手,这次他们收集了2400颗造父变星和300颗Ia型超新星,把哈勃常数的测量精度推进到了2.4%。测出来的值是73.24。

按照统计学的说法,瑞斯的73.24和PLANCK的67.3,差别达到了3倍标准差。这个差距,任何搞天文的人都没法装作没看见。就为这,天文学家们又干起来了。

紧接着,H0LiCOW团队用引力透镜的数据做了个独立测量,得71.9,误差3.8%。这个数字更靠近瑞斯那边,跟PLANCK的距离又拉大了。

左边的虚线框中观测者利用视差法校准造父变星法,中间的邻近星系中造父变星被用来校准超新星。



注意啊,这会儿的争论跟当年桑德奇对德沃库勒尔完全不是一个性质。

当年两拨人吵的是观测方法靠不靠谱;现在PLANCK和瑞斯用的根本是两套完全不同的物理:弗里曼、瑞斯他们用标准烛光,测的是附近宇宙的膨胀;PLANCK靠的是解读宇宙38万岁以后的演化,结果严重依赖理论模型怎么选。

如果瑞斯他们是对的,那这个差别可能说明:宇宙膨胀比我们想象的更复杂,后期膨胀得比预期更快。

在爱因斯坦方程里,加速膨胀的动力来自暗能量。

PLANCK的模型把暗能量密度当成常数,但理论上,暗能量密度随时间缓慢演化是完全允许的。如果暗能量在漫长的宇宙岁月里悄悄变强了,就能在宇宙晚期多推一把。

另一种可能出在微波背景辐射那把"标准尺"上。

这把尺子的长短,取决于宇宙里的物质组分,尤其是中微子。

现在公认宇宙有三种中微子,但理论上完全可以有更多种。

万一真的存在第四种我们还不认识的中微子,标准尺的理论长度就算错了,微波背景辐射解读出来的哈勃常数就会偏低。

这俩解释,管哪一个是真的,都意味着全新的物理。

有人曾经阴阳怪气地说,宇宙学已经进入"精确测量时代"了,天文学家的工作就是不断修参数,重复劳动,没意思。

结果呢?测量精度一提上来,原本看着严丝合缝的故事,"咔"地裂开一道缝。

而且别忘了,这个裂痕还在变大。

哈勃望远镜退役前,它的接班者韦伯望远镜也加入了战场。

2024年,NASA公布哈勃和韦伯的联合测量结果:韦伯的数据不但没有把瑞斯的高值压下来,反而把测量误差的余地基本堵死了,误差排除了,差距还在,而且是5倍标准差的量级。

也就是说,"测量出错"这个最省事的解释,基本没戏了。

有人不死心,又搬出了另一把尺子:TRGB,红巨星分支尖端,用即将发生氦闪的老红巨星的亮度突变当蜡烛。

弗里曼团队2025年用TRGB测出70.4,误差3%,这个数倒是跟PLANCK的67.4握手言和了。

可另一拨人马上反驳:TRGB也未必干净,它跟造父变星谁更准,两拨人又吵上了。

就连引力波也来凑热闹:2017年,LIGO和Virgo探测到双中子星并合的引力波信号GW170817,它自带一把"标准汽笛",完全不用距离阶梯,测出哈勃常数70上下,误差虽然还大,但它是独一份的第三方,两边不站,两边都挨打。

一百年了。

从哈勃那个糊里糊涂的500,到如今67和73之间的拉锯,天文学家们吵了一百年,把最聪明的大脑、最贵的望远镜全砸了进去,就为了一个数字。

吵出什么了吗?吵出来了。

每次裂开一道缝,缝里就会长出新的物理。

爱因斯坦当年那句"最大的错误",如今成了宇宙的标配;斯里弗被误差劝退的领域,一百年后还热得发烫;哈勃至死不敢下结论的东西,后人替他吵了个底朝天。

这大概就是科学的可爱之处:它从来不给你打包票,只给你一条越走越亮的路,还有一群永远不满足的人。

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