宇宙冲突仍在继续：新天文数据助长了哈勃紧张争论

哈勃常数矛盾科学家们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 （JWST） 在多个星系上拍摄的数据，对宇宙膨胀的速度进行了新的计算。上图是 JWST 拍摄的这样一个星系的图像，称为 NGC 1365。（图片由美国宇航局、欧洲航天局、CSA 提供：珍妮丝·李 （NOIRLab）、艾丽莎·帕根 （STScI））

对宇宙膨胀速率的大量测量使哈勃张力达到前所未有的紧张程度，科学家们正在努力寻找解决方案。超过 500 名研究人员齐聚“CosmoVerse”联盟，撰写了一份新的白皮书，深入探讨了理论与观测之间的各种宇宙学紧张关系。其中包括哈勃张力，这是宇宙膨胀率的令人困惑的差异，被称为哈勃常数 （H0).

通过将宇宙学的标准模型应用于宇宙微波背景 （CMB） 进行的预测测量得出 H0为 67.4 公里/秒/Mpc。换句话说，每跨越 100 万秒差距的空间体积（1 秒差距是 3.26 光年）应该每秒扩展 67.4 公里。然而，正如 CosmoVerse 白皮书所证明的那样，哈勃定律（Hubble's 定律根据给定物体远离我们的速度和距离告诉我们膨胀率）并不是这么说的。

“这篇论文在我们领域受到了很多关注，”犹他谷大学的 Joe Jensen 告诉 Physics World。“你可以很容易地看到，绝大多数测量值都在 73 km/s/Mpc 左右，具有不同的不确定性。”

目前尚不清楚为什么 H 的局部测量值0（基于超新星观测）应该与 CMB 测量不同。这种差异导致了两种可能性。要么是测量中存在未知的系统不确定性，导致结果出现偏差，要么是宇宙学的标准模型是错误的，需要新的物理学。

这场危机的核心，源于宇宙的两幅“肖像”所描绘出的矛盾景象。第一幅是宇宙的“婴儿照”，即宇宙大爆炸后约38万年遗留下的“宇宙微波背景”（CMB）。

通过对这片古老光芒的精细分析，并结合被广泛接受的宇宙学标准模型进行推演，科学家们为宇宙的膨胀速率描绘出一个“理论值”：大约为67.4公里/秒/百万秒差距。这如同根据基因蓝图预测出的理论身高。

然而，第二幅“成年照”——即通过观测我们附近“本地”宇宙中的天体来直接测量膨胀速率——却讲述了一个完全不同的故事。天文学家们利用Ia型超新星（一种亮度均一的“标准烛光”）等作为“量天尺”，持续测量出更高的膨胀速率，其数值稳定地汇集在73公里/秒/百万秒差距左右。这两种数值之间约9%的差异，在考虑到当前测量精度后，已变得无法用随机误差来解释。

面对这场愈演愈烈的“宇宙分裂”，一个关键问题悬而未决：究竟是我们的“量天尺”出了问题，还是我们赖以预测的“宇宙生长法则”（即标准模型）本身存在缺陷？

为了裁决此案，全球超过500名研究人员组成的“CosmoVerse”联盟近期发布了一份白皮书，系统性地梳理了这场危机。与此同时，多个独立的观测团队正从不同角度提供着关键“证词”。一个由芝加哥大学温迪·弗里德曼领导的CCHP团队曾一度带来了“和解”的希望。

他们利用JWST对红巨星亮度（TRGB）的精准观测，得出了一个介于两者之间的“中间值”——约70.4公里/秒/百万秒差距，并宣称这可能消除了紧张关系。然而，这一“调解”很快遭到了强有力的反驳。以杜克大学天体物理学家丹·斯科尔尼克为代表的另一派科学家指出，CCHP团队在分析中并未包含所有可用的超新星样本，一旦将数据补全，其结果将重新指向73左右的高位。

当传统的“证人”（超新星）陷入争议时，来自全新“证人”的独立证词便显得至关重要。犹他谷大学的乔·詹森团队采用了一种名为“表面亮度波动”（SBF）的创新方法。该方法同样利用红巨星，但并非测量单个星体，而是通过分析遥远星系中由无数红巨星混合而成的光的统计“起伏”来测定距离。这种方法巧妙地绕开了对超新星的依赖，但他们使用JWST测得的结果，依然高达73.8公里/秒/百万秒差距，与超新星的测量结果高度一致。

这沉重地打击了“问题出在超新星测量上”的假说。而或许最具颠覆性的证据，来自TDCOSMO（时滞宇宙学）团队。他们利用引力透镜效应这一宇宙级的“天然实验室”，通过测量遥远类星体的多重影像之间因光路不同而产生的时间延迟，来独立计算哈勃常数。经过长达六年的严谨验证，他们给出的最终裁决是72.1公里/秒/百万秒差距，为“高数值阵营”提供了来自广义相对论直接应用的强力支持。

至此，案情已逐渐明朗。来自超新星、红巨星统计波动和引力透镜这三条截然不同且物理上独立的证据链，如三位互不相识的证人，却不约而同地指向了同一个结论：我们的本地宇宙，确实在以一种比标准模型预言的更快的速度膨胀。

尽管科学家们仍在谨慎地排查所有已知的测量不确定性，但正如詹森所言，如果这些差异最终无法用“平凡的”校准选择来解释，那么“不可避免的结论是，我们对宇宙的理解出了问题”。这场哈勃常数之争，正迫使我们站在一个伟大的科学岔路口。一边是修补现有测量体系的持续努力，另一边则是通往“新物理学”的未知征程。寻找那个能够解释宇宙两种“心跳”的全新理论，或许已成为21世纪宇宙学的下一个伟大探索。

参考文献