测量哈勃常数的一种方法是 ， 测量那些天体正在以多快的速度远离我们 ， 正像哈勃1929年所做的一样 。 哈勃利用了一种特殊的变星来进行测量 ， 也就是“造父变星” ， 一种固有亮度（光度）和它们的明暗变化周期有准确对应关系的变星 。 现代宇宙学家仍在利用造父变星进行测量 ， 但与此同时又增加了一些天体类型 ， 比如Ia型超新星——一种爆发的白矮星 ， 它们的固有亮度基本上都是一样的 。 研究人员综合所有最新数据之后发现 ， 宇宙的膨胀速度大约是72至76km/s/Mpc 。
但是故事还没有结束 。 宇宙学家还可以通过研究宇宙大爆炸后38万年时 ， 首批原子形成时期遗留下来的微光 ， 来推断哈勃常数 。 这微光 ， 也就是所谓的宇宙微波背景中的温度细微变化 ， 呈现了当时宇宙中物质是如何分布的 。
通过仔细的分析 ， 我们可以从微波背景中读出许多与年轻宇宙有关的细节 ， 包括当时存在着多少物质和能量的其他形态 ， 以及空间是如何膨胀的 。 宇宙微波背景告诉我们 ， 哈勃常数大约是67km/s/Mpc ， 这个数值比宇宙学家通过更直接的测量方法得出的结果小得多 。
“天线星系”由一对相互影响的旋涡星系NGC 4038和NGC 4039组成 。 它们距离地球约6500万光年 ， 拥有许多造父变星和一颗Ia型超新星 。 这对星系是少数同时拥有这两种“标准烛光”的星系之一 。 ESA / Hubble & NASA
这意味着什么？假设这些研究已经正确地把所有系统的不确定性考虑在内 ， 这两种测量哈勃常数的方式就是不相容的——至少在标准宇宙学模型框架内是这样 。 要让这些矛盾的结果相容 ， 天文学家必须改变对宇宙膨胀和演化的思考方式 ， 至少重新考虑宇宙大爆炸后几十万年间物质和能量的存在形式 。
根据爱因斯坦的《广义相对论》 ， 空间膨胀的速度取决于其所含物质和其他能量形式的密度 。 当宇宙学家从宇宙微波背景中获取哈勃常数的值时 ， 他们必须对暗物质、中微子和其他成分的含量作出假设 。
也许针对存在于用不同方式测得的哈勃常数间的差异 ， 最简单的解释是 ， 在最初几十万年 ， 宇宙中存在的能量比人们之前设想要多 。 这些能量可能会以某种奇异的、难以相互影响的轻粒子形态存在 ， 或以某种早已消失的真空暗能量形态存在 。 也有可能宇宙演化史上存在某些我们还不了解的阶段 。 我们只是还不知道该如何去解开这个难解之谜 。
图中蓝色区域为El Gordo星系团中的暗物质分布区 。 天文学家通过观察更远处星系影像的扭曲程度来寻找暗物质在哪里 。 NASA / ESA / J. Jee (University of California Riverside)
完全有可能 ， 宇宙学家今天面对的诸多难题 ， 在实验和观测的帮助下 ， 在几年中就能完美解决掉 。 但是最终我们会发现 ， 我们对宇宙的研究越深入 ， 我们对宇宙的认识就越肤浅 。 努力了几十年 ， 暗物质的本质依然是个谜 ， 暗能量问题看上去也近乎无解 。 我们仍然不知道组成我们宇宙中原子的粒子是如何从大爆炸的最初时刻幸存下来的 ， 我们对宇宙暴涨 ， 对它的运作方式 ， 甚至是它如何开始 ， 如何结束也知之甚少——假如暴涨这样的事真的发生过的话 。
从这个角度 ， 让人不得不怀疑这些谜团背后是否隐藏着比一些互不关联的单一问题更大的东西 。 也许它们在暗示 ， 宇宙的最初时刻并非我们想象的那样 。 也许这些问题昭示着一次宇宙学的变革 。
我们也许正处在科学史上的一个悬崖边缘 ， 如同1904年那样 。 当时 ， 科学看上去坚不可摧 。 两百多年来 ， 牛顿物理学无往不胜 。 尽管物理学家已经进军电学、磁学和热学 ， 但这些方面和两百年前牛顿描述的世界没什么两样 。 对1904年的物理学家来说 ， 世界已经认识得差不多了 ， 没有多少理由来一次变革 。
欧空局普朗克卫星获取的宇宙微波背景 。 将这些结果与宇宙标准模型相结合后得到的哈勃常数比通过观测邻近星系得到的数值小 。 ESA / Planck Collaboration
但和今天宇宙学家的处境一样 ， 1904年的物理学家在面对一些挑战时也束手无策 。 他们相信光在穿越介质——所谓的发光以太时理应会引起速度的变化 ， 但是实际上光速总是以相同的速度穿越空间 。 天文学家发现水星轨道与牛顿物理学预测的稍有不同 ， 还以为那里有一颗未知的行星——火神星在扰动水星的运行 。
1904年的物理学家不知道是什么让太阳燃烧——没有已知的化学方法或机制能够在如此长的时间内产生那么多的能量 。 当时的科学家发现多种化学元素能够发射和吸收特定模式的光 ， 但没有一个能够对此加以解释 。 也就是说 ， 在当时 ， 原子内部的运作方式是一个彻头彻尾的谜 。
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