宇宙學:膨脹的宇宙

哈勃張力

假設兩台值得信賴、各自精心校準過的鐘,對時間持續地各執一詞——不是馬虎的偏差,而是遠超任一台已知誤差的量。你會懷疑確有蹊蹺。這正是宇宙學在哈勃常數上面臨的處境。兩種出色、獨立的測量宇宙膨脹快慢的方法,給出的答案頑固地不一致,而這道縫隙拒絕彌合。這一僵局就是哈勃張力,是當今物理學最尖銳的待解問題之一。

兩大陣營以根本不同的方式測量 H0。「早期宇宙」方法從宇宙微波背景和 Lambda-CDM 模型讀出膨脹速率,預言 H0 約67 km/s/Mpc。「晚期宇宙」或「本地」方法則攀爬宇宙距離階梯——用近鄰星系裡的造父變星和Ia型超新星直接測量膨脹——得到約73 km/s/Mpc。兩種方法都打磨了多年,縮小了各自的誤差棒,可那約9%的縫隙在統計上變得更顯著,而非更不顯著。以當前的不確定度,這種分歧所處的水平,極不可能僅僅是偶然。

這道張力之所以重要,是因為它也許是標準模型上一道指向新物理的裂縫。如果兩邊都沒有隱藏的測量誤差——而迄今的緊張努力尚未找到一個——那麼化解它或許需要某種超出 Lambda-CDM 之物:早期宇宙裡一種意外的成分、一種新形態的暗能量,或改變了膨脹速率的未知物理。它在今天確實懸而未決:誠實的說法是,我們還不知道哈勃張力究竟是某次測量裡一個微妙的系統誤差,還是一個真實的信號,表明我們對宇宙的標準圖景並不完整。

普朗克衛星讀取早期宇宙,給出 H0 = 67.4 km/s/Mpc;SH0ES 團隊用造父變星和超新星攀爬距離階梯,給出73.0 km/s/Mpc。兩者的誤差棒小到無法重疊——這約9%的分歧已持續多年。

對 H0 的早期宇宙測量與本地測量彼此不一致,縫隙遲遲不合。

哈勃張力懸而未決:我們還不知道它是某種方法裡隱藏的系統誤差,還是 Lambda-CDM 不完整的真實跡象。不要把任一個 H0 值當作最終、定論的答案。

又稱
H0 tensionHubble constant tension哈勃常数之争哈伯張力