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科学界难题:宇宙膨胀的奥秘 已得到解释!

时间:2023-06-20 17:02:22

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科学界难题:宇宙膨胀的奥秘 已得到解释!

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地球、太阳系、整个银河系以及离我们最近的几千个星系都在一个直径2.5亿光年的巨大“气泡”中运动,其中物质的平均密度只有宇宙其他部分的一半。这是一位来自日内瓦大学(UNIGE)的理论物理学家提出的假说,旨在解决一个困扰科学界十年的难题:宇宙以什么速度膨胀?到目前为止,至少有两种独立的计算方法得出了两个相差约10%的值,其偏差在统计上是不可调和的。这项发表在《物理快报B》杂志上的新方法在没有使用任何“新物理”的情况下消除了这种差异。

自从138亿年前宇宙大爆炸以来,宇宙一直在膨胀——这是由比利时教会和物理学家勒梅特提出的第一个命题,也是由埃德温·哈勃首次提出的。美国天文学家在1929年发现,每个星系都在离我们越来越远,距离最远的星系移动速度最快。这表明在过去有一段时间,所有的星系都位于同一地点,这个时间只能与大爆炸相对应。这项研究产生了哈勃-勒梅特定律,包括哈勃常数(H0),它表示宇宙的膨胀率。目前对H0的最佳估计大约是70公里/秒(km/s)/Mpc问题是有两种相互矛盾的计算方法。

零星超新星

第一种是基于宇宙微波背景辐射:这是来自四面八方的微波辐射,在宇宙变冷到足以让光自由流通的时候(大爆炸后约37万年)发射出来。利用普朗克空间任务提供的精确数据,并考虑到宇宙是均匀和各向同性的事实,用爱因斯坦的广义相对论计算H0的值为67.4。第二种计算方法是基于偶尔出现在遥远星系中的超新星。这些非常明亮的事件为观测者提供了高度精确的距离,这种方法使得确定H0的值为74。

日内瓦大学科学院理论物理系的教授卢卡斯解释道:“这两个值在多年的时间里变得越来越精确,但同时又保持着一定的差异。没多久就引发了一场科学上的争论,甚至唤起了我们可能正在研究一种“新物理学”的激动人心的希望。为了缩小这个差距,卢卡斯教授提出了这样一个观点:宇宙并不像他所声称的那样是均匀的,这个假设在相对较小的范围内似乎是显而易见的。毫无疑问,物质在星系内的分布与在星系外不同。然而,很难想象以比星系大几千倍的体积计算的物质平均密度的波动。

哈勃泡沫

“如果我们处在一个巨大的‘气泡’中,卢卡斯教授继续说,“物质的密度明显低于已知的整个宇宙的密度,这将对超新星的距离产生影响,并最终决定H0的大小。”

所有这一切都将需要这个“哈勃气泡”足够大,包括作为测量距离参考的星系。通过建立一个直径2.5亿光年泡沫,计算物理学家,如果内部物质的密度低于50%的宇宙,一个新值将获得哈勃常数,这就会同意一个获得使用宇宙微波背景。“在这个范围内出现这种波动的概率是1/20到1/5,这意味着它不是理论家的幻想。在浩瀚的宇宙中,有很多地方与我们相似。

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