科學(xué)界中有一個(gè)困擾了科學(xué)家很久的難題：宇宙的膨脹速度到底是多少?

為了解決這個(gè)問題，一位來自日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)的理論物理學(xué)家提出了一個(gè)解說：地球、太陽系、整個(gè)銀河系以及離我們最近的幾千個(gè)星系都在一個(gè)直徑2.5億光年的巨大“氣泡”中運(yùn)動(dòng)，這個(gè)氣泡中的平均物質(zhì)密度只有宇宙其余部分的一半。

到目前為止，至少有兩種獨(dú)立的計(jì)算方法得出了兩個(gè)相差約10%的宇宙膨脹速率值，它們之間的偏差在統(tǒng)計(jì)上是不可調(diào)和的。但這項(xiàng)發(fā)表在《物理快報(bào)B》(Physics Letters B)雜志上的新方法在沒有使用任何“新物理”的情況下就消除了這種差異。

自從138億年前的宇宙大爆炸以來，宇宙就一直在膨脹。這個(gè)觀點(diǎn)由比利時(shí)教會(huì)和物理學(xué)家Georges Lemaitre(喬治·勒梅特，1894-1966)首次提出，后來由Edwin Hubble(埃德溫·哈勃，1889-1953)首次證實(shí)。在1929年，美國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，每個(gè)星系都正在離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn)，距離最遠(yuǎn)的星系移動(dòng)速度最快。這表明，在過去有一段時(shí)間，所有的星系都位于同一地點(diǎn)，而這個(gè)時(shí)間只能與宇宙大爆炸相對(duì)應(yīng)。這項(xiàng)研究產(chǎn)生了哈勃-勒梅特定律，以及表示宇宙膨脹率的哈勃常數(shù)(H0)。目前對(duì)H0的最佳估計(jì)大約是70公里/秒(km/s)/Mpc(這意味著每隔326萬光年，宇宙的膨脹速度就會(huì)增加70公里/秒)，但問題是哈勃常數(shù)有兩種相互矛盾的計(jì)算方法。

零星的超新星

第一種計(jì)算方法是基于宇宙微波背景輻射。宇宙微波背景輻射是來自宇宙四面八方的微波輻射，這些輻射在宇宙冷卻到足以讓光自由通行的時(shí)候(大爆炸后約37萬年)被發(fā)射出來。利用普朗克太空任務(wù)提供的精確數(shù)據(jù)，并考慮到宇宙是同質(zhì)和各向同性的事實(shí)，用愛因斯坦的廣義相對(duì)論計(jì)算出H0的值為67.4。而第二種計(jì)算方法是基于偶爾出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)星系中的超新星。這些非常明亮的宇宙事件為觀測(cè)者提供了高度精確的距離，這種方法確定H0的值為74。

UNIGE科學(xué)院理論物理系的教授Lucas Lombriser解釋說：“多年來，這兩個(gè)值一直在變得越來越精確，但同時(shí)兩者之間又保持著一定的差異。沒過多久，這兩個(gè)數(shù)值就引發(fā)了一場(chǎng)科學(xué)上的爭(zhēng)論，甚至讓我們感到非常興奮，因?yàn)槲覀冇X得我們可能正在研究一種‘新的物理學(xué)’?！睘榱丝s小這兩個(gè)值之間的差距，Lombriser教授提出了這樣一個(gè)觀點(diǎn)：宇宙并不像此前所聲稱的那樣是同質(zhì)的，這個(gè)假設(shè)在相對(duì)較小的宇宙范圍內(nèi)似乎是顯而易見的。毫無疑問，物質(zhì)在星系內(nèi)的分布與在星系外是不同的。然而，對(duì)于比星系大幾千倍的體積，我們很難想象其物質(zhì)平均密度的波動(dòng)。

“哈勃?dú)馀荨?/strong>

Lombriser教授繼續(xù)說：“如果我們處在一個(gè)巨大‘氣泡’當(dāng)中，并且氣泡中的物質(zhì)密度明顯低于整個(gè)宇宙的已知密度的話，那么這將對(duì)超新星的距離產(chǎn)生影響，并最終決定H0的大小?！?/p>

所有這一切都將需要一個(gè)足夠大的“哈勃?dú)馀荨?，大到要包含作為測(cè)量距離參考的星系。通過假設(shè)一個(gè)直徑為2.5億光年的氣泡，物理學(xué)家計(jì)算得出，如果氣泡內(nèi)部物質(zhì)的密度比宇宙其余部分的密度低50%，哈勃常數(shù)就會(huì)得到一個(gè)新的數(shù)值，而這個(gè)數(shù)值與使用宇宙微波背景計(jì)算得出的值相一致。Lombriser教授說：“在這個(gè)尺度范圍內(nèi)出現(xiàn)這種波動(dòng)的概率是1 / 20到1 / 5，這意味著它不僅僅只是理論家的假設(shè)。與我們相似的地方在浩瀚的宇宙中還有很多。”