撰文：本·特纳                2024年3月15日

宇宙膨胀的图解。（图片：Mark Garlick/盖蒂图片社科学图片库）

天文学家使用詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜，证实了所有物理学中最令人不安的难题之一——宇宙似乎以令人困惑的不同速度膨胀，这取决于我们所看到的位置。

这个问题被称为哈勃张力，有可能彻底改变甚至颠覆宇宙学。2019年，哈勃太空望远镜的测量证实了这个谜题是真实的；2023年，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）更精确的测量结果巩固了这一差异。

现在，两台望远镜协同工作的三重检查，似乎已经彻底消除了任何测量误差的可能性。这项研究于2月6日发表在《天体物理杂志快报》上，表明我们对宇宙的理解可能存在严重问题。

约翰斯·霍普金斯大学物理学和天文学教授、该研究的主要作者亚当.李思在一份声明中表示：“由于测量误差被否定，剩下的是我们误解宇宙的真实而令人兴奋的可能性。”

李思、索尔.波尔玛特和布莱恩.施密特因1998年发现暗能量，而获得2011年诺贝尔物理学奖，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘力量。

目前，有两种计算哈勃常数的“金标准”方法，哈勃常数是一个描述宇宙膨胀率的值。第一个涉及研究宇宙微波背景（CMB）的微小波动，这是宇宙大爆炸后38万年产生的，第一束光的古老遗迹。

2009年至2013年间，天文学家利用欧洲航天局的普朗克卫星，绘制出了这一微波模糊图，推断出哈勃常数约为每百万光年46200英里/小时，或约为每秒67公里/百万秒差距。

第二种方法使用被称为造父变星的脉动恒星。造父变星正在消亡，它们的外层氦气在吸收和释放恒星辐射时生长和收缩，使它们像遥远的信号灯一样周期性地闪烁。

造父变星越亮，它们的脉动就越慢，这给天文学家提供了一种测量它们绝对亮度的方法。通过将这一亮度与观测到的亮度进行比较，天文学家可以将造父变星链接到一个“宇宙距离阶梯”中，从而更深入地了解宇宙的过去。有了这个梯子，天文学家可以从造父变星的光，是如何伸展或红移的中找到它膨胀的精确数字。

但这就是神秘的开始。根据李思和他的同事进行的造父变星测量，宇宙的膨胀率约为74 km/s/Mpc：与普朗克的测量相比，这是一个高得不可思议的值。宇宙学已经进入了未知的领域。

“我们不会称之为紧张或问题，而是一场危机，”诺贝尔奖获奖者，天文学家大卫·格罗斯在2019年加利福尼亚州卡夫利理论物理研究所（KITP）的一次会议上说。，

最初，一些科学家认为这种差异可能是，由于造父变星与哈勃望远镜孔径内其他恒星混合造成的测量误差。但在2023年，研究人员使用更准确的JWST来证实，在宇宙阶梯的前几级，他们的哈勃测量是正确的。尽管如此，未来拥挤的可能性，在遗留的过去宇宙中仍有可能进一步倒退。

为了解决这个问题，李思和他的同事在之前的测量基础上，在距离地球1.3亿光年的五个宿主星系中，又观测了1000颗造父变星。在将他们的数据与哈勃的数据进行比较后，天文学家们确认了他们过去对哈勃常数的测量。

李思说：“我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有信心地排除测量误差是哈勃张力的原因。韦勃和哈勃的结合让我们两全其美。我们发现，随着我们沿着宇宙距离的阶梯越走越远，哈勃的测量结果仍然可靠。”

换言之：宇宙学的核心张力将持续存在。