宇宙的歷史。（? NASA/CXC/M.Weiss）

138億年前，宇宙在一場熱大爆炸開始并由廣義相對論支配者，大部分人都沒有意識到宇宙的最終命運(yùn)在它誕生的時刻就已經(jīng)注定了。最初的情形基本是一場宇宙級的競賽：一方面，最初的膨脹致力于把所有的物質(zhì)和能量都推開；而另一方面，引力則想吸引一切，降低宇宙的膨脹率，如果可能，重新坍縮宇宙。如果我們知道宇宙現(xiàn)在和過去的膨脹速度，我們就能知道宇宙的最終命運(yùn)，前提是我們能夠精確的測量過去。

膨脹宇宙的可能命運(yùn)，注意不同的模型在過去有何不同。（? The Cosmic Perspective）

測量宇宙膨脹最簡單的方法是觀測那些已知的天體，比如單個恒星、旋轉(zhuǎn)的星系和超新星等，并測量它們的視亮度和紅移。如果我們知道一個天體的內(nèi)在亮度，并測量它的觀測亮度，我們就可以推測它離地球有多遠(yuǎn)。這就好比是我們可以測量一個60瓦燈泡的亮度來確定它的距離。天文學(xué)家把這些天體稱為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。由于宇宙正在膨脹，測量紅移和距離就允許我們觀測現(xiàn)在的空間是如何膨脹的，通過測量越來越遠(yuǎn)的距離，我們就能觀測到膨脹率如何隨著時間改變。

這里是兩種測量宇宙膨脹多快的方法：“標(biāo)準(zhǔn)燭光”利用星系中爆炸的恒星；“標(biāo)準(zhǔn)尺”需要星系對。（? NASA/JPL-Caltech）

對于許多不同類型的天體這個概念都是相同的，比如造父變星，螺旋星系的表面起伏，演化中的紅巨星，旋轉(zhuǎn)的螺旋星系，和Ia型超新星。在1990年代和2000年代初，天文學(xué)家結(jié)合這些方法給出了精確的宇宙的膨脹率——哈勃常數(shù)：72±7km/s/Mpc，這個數(shù)值比之前的研究數(shù)值（介于50到100）要精確許多。

在那之后，天文學(xué)家不斷的改善測量并進(jìn)一步減小誤差，但卻揭露了一個新的問題：不同類型的測量給出了不同的膨脹率。

普朗克衛(wèi)星測量的宇宙微波背景輻射的起伏。（? ESA/Planck）

其中一個測量宇宙膨脹歷史的方法是利用宇宙微波背景輻射——大爆炸的余輝。通過微波背景輻射的起伏以及它的一些全局性質(zhì)天文學(xué)家可以單單從這個測量中重建膨脹率。普朗克衛(wèi)星衛(wèi)星給出的哈勃常數(shù)是67±2km/s/Mpc，這跟之前的測量吻合但更加精確。另一方面史隆數(shù)字巡天（SDSS）和其它項目對大尺度星系團(tuán)（重子聲學(xué)振蕩）的測量給出了68±1km/s/Mpc的哈勃常數(shù)。這兩個大尺度測量都跟之前的測量一致。最近，諾貝爾得主Adam Riess領(lǐng)導(dǎo)的一個小組對19個星系中的造父變星和Ia型超新星作了高精度的距離測量，他們?nèi)〉昧饲八从械木龋ú淮_定性降到了2.4%），但是不一致的數(shù)值：73.24±1.74km/s/Mpc。新的結(jié)果表明宇宙的膨脹速度比之前的計算結(jié)果要快9%。

注：Adam Riess獲得了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎，以表彰他“透過觀測遙遠(yuǎn)超新星而發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹”。

星系UGC9391，紅色圈圈代表造父變星，淺藍(lán)叉叉代表Ia型超新星。（? STScl/JHU）

這也是最近天文界談?wù)摰姆蟹袚P(yáng)揚(yáng)的一件事。有些人提出了一些瘋狂的替代理論，比如用演化的暗能量來解釋；其他人則開始質(zhì)疑宇宙學(xué)的核心假設(shè)。但也非常有可能的是根本沒有任何問題。因為該結(jié)果并沒有包括系統(tǒng)誤差，或者是在測量過程中的不確定性。造父變星和超新星數(shù)據(jù)允許天文學(xué)家構(gòu)建宇宙距離階梯，如果之前的測量誤差沒有被考慮，這些誤差就會被對之后的結(jié)果造成影響。盡管這些距離尺度存在很小的不確定性，這里值得指出的是他們有四種不同的方法來校準(zhǔn)哈勃常數(shù)，每一種都給出不同的數(shù)值，從71.82到75.91，每種方法的誤差大約都為3.

天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測造父變星，它們可以用來測量非常遙遠(yuǎn)的星系距離。（? NASA/ESA/STScl/JHU）

我們把希望寄托于在未來天文學(xué)家能夠繼續(xù)降低這些誤差，并把不確定性降低到1%。這些新的證據(jù)造成哈勃膨脹率的一個緊張局面或許為我們提供了一個機(jī)會來更好的理解導(dǎo)致這些數(shù)值差異的天文現(xiàn)象，希望最終不管是用哪個方法我們都能得到一個統(tǒng)一的哈勃常數(shù)。不管是等于73，還是保持在70，或者降到67，都有可能輕微的改變我們的參數(shù)，但不是結(jié)論。或許宇宙的年齡只有135億而不是138億；或許暗能量只占宇宙成分的65%而不是70%；或許在400億年后宇宙大撕裂依然可以會發(fā)生。但是，即使這個緊張的局面存在，宇宙的大圖景仍然保持一樣。重點(diǎn)還是科學(xué)家要盡快找到這背后的原因，來解開宇宙所要告知我們的秘密。

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2016.6.5.