哈勃观测显示宇宙膨胀速度比标准模型快9%

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来自哈勃空间望远镜的最新观测结果显示,现在宇宙的膨胀速度比宇宙学的标准模型预言快了约9%。此项发现使得天文学家纷纷猜测这是——

近日,美国天文学家公布了一项来自哈勃空间望远镜的最新观测。该结果显示,现在宇宙的膨胀速度比宇宙学的标准模型预言快了约9%。如果相信这一观测结果,就意味着人们所熟悉的标准宇宙学和谐模型(LCDM)可能存在瑕疵。

这让研究人员不免略感疑惑:难道这一发现是大自然和人类开的一次不大不小的玩笑?抑或其背后隐藏着重大科学发现的线索?

矛盾点何在?

在中科院国家天文台研究员赵公博看来,上述研究引起宇宙学界广泛关注,主要原因是在LCDM模型框架内其结果与宇宙微波背景辐射以及重子声波振荡测量并不一致。

“宇宙膨胀速度在宇宙学研究中一直都是热点,并在很长一段时间内都有分歧。不过,这一分歧是逐渐减小的。”中科院国家天文台研究员陈学雷告诉《中国科学报》记者。

据了解,基于LCDM的理论框架,欧洲空间局普朗克卫星实验通过对宇宙微波背景辐射的精确观测,给出当今宇宙膨胀速度为66.53±0.62千米/秒/百万秒差距(km/s/Mpc)。然而,最新测量的宇宙膨胀速度为73.24±1.74km/s/Mpc,比通常认为的速度快了9%。

陈学雷介绍说,事实上,9%的分歧差得并不算多。那么,这一研究为何还是引起了相关领域科学家的普遍关注?

“差多少要与误差比才有价值。”陈学雷解释称,虽然9%差得不多,但该测量误差为2.4%,比9%小很多,这从统计学上而言是显著的。这也说明两个数值之间的确存在出入,而科学往往从这些小的出入中发现新问题。

可信度多高?

测量数值与预言数值出现了偏差,问题究竟出在哪儿?这才是科学家真正关心的问题。依据陈学雷的判断,造成偏差有两种可能性:观测的系统误差和理论上被科学家忽略的因素。“从我们的角度而言,更感兴趣的是后一种可能。”陈学雷称。

不过,对于该测量数据的置信度,也有科学家持较为谨慎的态度。中国科学技术大学天文系教授蔡一夫告诉记者,“现在的结果只有3σ(99.7%)的置信度,是很低的。通常,实验上5σ(99.9999%)的置信度才会被认为是证据。因此,目前只能认为是一个超出标准模型的疑似迹象”。

但他补充称,宇宙加速膨胀在1998年被超新星观测发现时,第一组实验的置信度也只有3σ,而第二个超新星实验组抱着检验之前结果的目的开展实验观测后,得到了超出5σ的置信度。因此,蔡一夫认为,科学突破虽然艰难,但对科学发现的意外结果还是应当保持开放的态度。

采访中,专家均对该结果为天文学后续研究带来的可能影响表示关注。赵公博告诉记者,这一研究结果意味着目前标准宇宙学模型很可能需要扩展,暗能量可能不是广泛认为的真空能。

“如果这一结果正确,很多科学家都要凌乱了。”蔡一夫告诉记者,在天文学研究的历史上,科学家对于宇宙理论的理解经历了多次消化、更新、再消化的过程。

“1998年之前,科学家觉得对宇宙理论已经理解得不错了,后来发现了宇宙加速膨胀,之后花了近20年的时间才对加速膨胀有了一定的理解。而此次观测表明,宇宙很可能是超加速膨胀。”蔡一夫表示,要解释宇宙的超加速膨胀,可能需要修改宇宙尺度的引力理论或对现有的宇宙学模型进行更新,对宇宙的认知也将发生一系列变化。

重大发现线索?

利用该研究方法获得的宇宙膨胀速度相较于通过宇宙微波背景辐射测出的数值高一些,对科学家而言也并非今天才发现的现象。然而,问题在于,“新发表的结果,实际上充分检查了各种可能存在的问题,发现差别并没有缩小,反而可能增大了。”陈学雷说,这就需要科学家去考虑是否在理论上存在一些以往被忽视的因素。

“比如,是不是拟合宇宙微波背景辐射的模型不准确。也有人猜想,银河系所处区域可能正好是宇宙当中密度偏低的地方,这个地方是不是膨胀速度比别的地方快一些。”陈学雷表示。

这意味着未来从事观测的研究人员需要尽可能地反复检验数据。然而,能否实验上最终确认这一观测结果也将是一个漫长的过程。

在宇宙学研究的历史上,有很多次由于观测结果不吻合所产生的矛盾,引导科学家通过引入新模型、考虑新可能性等办法予以解决,从而带来了一系列重大的科学发现。“比如,暗能量就是在观测中这样发现的。”陈学雷说,此次研究是否会带来新的重大科学发现还有待进一步研究,但“这很可能是大自然提示我们的新线索”。

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mansein
1楼
生于忧患,死于安乐——温室里长不出大树,纨绔难以出真正的大材。
2017-02-27 02:27
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美国控制中国经济乃至分裂中国的第一个最好办法,就是控制中国的石油进口。
2017-02-27 02:28
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