哈伯證實宇宙加速膨脹的結果:宇宙實際年齡可能要減 10 億歲

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 21 日 14:06 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

宇宙正在「加速」擴張已是教科書內容,證實此現象的諾貝爾獎得主、天文學家亞當‧黎斯團隊,最近進一步利用哈伯望遠鏡觀測造父變星,發現宇宙膨脹速度比預期數值還要快 9%;換句話說,我們對宇宙高齡 138 億歲的認知可能需要修正:實際上宇宙只有 125~130 億歲。

數學和哲學不同,數學方程解說一不二,因此當初,愛因斯坦親手推導出宇宙不是正在收縮就是在擴張時大受打擊,不相信此一事實的愛因斯坦,還硬往廣義相對論方程式中加了宇宙常數(cosmological constant)這個項(用來平衡重力),好讓宇宙維持靜止狀態。

然而很快地,另一位天文學家愛德溫·哈伯(比愛因斯坦小 10 歲)就發現了多數星系都存在紅移現象,即其他星系正從各方向遠離地球(觀測者)。哈伯還帶著愛因斯坦使用天文望遠鏡,親自見證宇宙正在膨脹的事實,讓愛因斯坦很後悔在方程式中加入宇宙常數。

自此我們確定,宇宙每秒鐘都在持續變大(當然我們看不出來),膨脹速度可從哈伯常數(H 0 )進一步算出。時間來到 1998 年,3 名天文物理學家:索羅‧珀爾穆特、布萊恩‧施密特、亞當‧黎斯,再透過觀測遙遠 Ia 型超新星發現新事實:宇宙不只正在膨脹,還「加速」擴張了,此舉讓他們榮獲 2011 年諾貝爾物理學獎。

只不過,科學家有好幾種方法可以獨立計算出哈伯常數,比如利用宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background,CMB)、超新星等,或是一種設想中的新方法:雙中子星碰撞之重力波。

▲ 2017 年發現的雙中子星重力波,可能成為未來科學家計算哈伯常數的新方法。(Source:LIGO

我們目前對宇宙年齡約 138 億歲的認知,就是基於歐洲太空總署(ESA)普朗克衛星的測量結果。普朗克衛星利用宇宙微波背景輻射,測出哈伯常數值為 67.80 ± 0.77 km/s/Mpc 左右;然而當科學家使用哈伯太空望遠鏡觀測遙遠的明亮恆星,所得出的哈伯常數值竟然比普朗克衛星的估計值還要高,或者說宇宙膨脹速度更快。

奇異的是,這兩個數值都有經過科學論文反覆推敲證明,計算過程也沒有出差錯,因此多年來,天文學家僥倖的想,可能是觀測技術與對象不同才造成這種差異,隨著設備變得更精密,差異終會消失。

然而,現在亞當‧黎斯(Adam Riess)團隊再利用哈伯太空望遠鏡觀測 70 顆造父變星,得出哈伯常數值為 74 km/s/Mpc,換算過來宇宙膨脹速度快了 9%,且宇宙年齡可能比認知中還要更年輕:過去我們說宇宙年齡介於 136~138 億歲,現在估算只有 125~130 億歲,並且這批哈伯新數據將差異不確定性一舉從 2.2% 降低至 1.9%。

簡單講:差異不只沒有弭平,反而更明顯了。

據《美聯社》報導,同樣是諾貝爾獎得主的 NASA 天體物理學家 John Mather 指出,有兩種解釋可說明差異:第一,我們犯了自己也不知道的某種錯誤(人類認知太有限了啦);第二,宇宙中還有我們沒找到的東西。

是什麼東西的存在,導致觀測上出現這種無法消去的差異?新研究表明我們需投入全新物理學領域,並且調整愛因斯坦的廣義相對論,才能解釋這差異。

全新領域比如尋找宇宙的乏晰因子(fudge factor)如:暗能量,有個新理論認為,宇宙在大爆炸後不久發生第三次暗能量事件,促使宇宙膨脹速度超過天文學家預測;或者可能暗物質與正常物質的交互作用,比過去認為的還要強烈;甚至可能還有另一種全新未被發現的亞原子粒子,在這當中扮演關鍵角色。

我們什麼時候能找出解答?不知道,等個千百年都有可能。這篇新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:NASA

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