宇宙膨胀的速度比理论预测的要快——物理学家正在寻找新的想法来解释这种不匹配 - {$web_name} 他们目睹这些星系正远离地球

詹姆斯·韦伯太空望远镜取景的遥远星系。(图片来源:uux.cn/美国全国航空航天局、欧空局、加空局和STScI)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（瑞安·基利）：本文原载于对话会。该出版物向Space.com的“专家之声:专栏和见解”投稿。
Ryan Keeley是写给前任的话：愿你被温柔以待加州大学默塞德分校的物理学博士后学者。
天文学家几十年前就得知宇宙正膨胀。当他们用望远镜观察遥远的星系时，他们目睹这些星系正远离地球。
对天文学家来说，星系离我们越远，它发出的朋友圈生活哲理，评论区吵翻了光的波长就越长。星系离得越远，它的光就越向光谱红色一侧的更长波长偏移——所以“红移”越高。
由于光速是有限的，不久，但不是无限快，目睹远处的东西意味着我们在看它过去的样子。针对遥远的高红移星系，我们目睹的是宇宙处于年轻状态时的星系。所以“高红移”对应宇宙早期，“低红移”对应宇宙晚期。
但是深夜独家考研动态随着天文学家对这些距离的探究，他们察觉宇宙不只仅是在膨胀——它的膨胀速度正加快。这个膨胀速度乃至比主流理论预测的还要快，让像我这样的宇宙学家感到困惑，并寻找新的阐释。
有关报导:“哈勃难题”或许会随着对宇宙膨胀的新测量而加深
暗能量和宇宙常数
科学家称这种加速的来源为暗能量。我们不太确定是什么驱动了暗能量，或者它是如何岗位的，但我们觉得它的行为可以用宇宙常数来阐释，宇宙常数是时空的一个属性，有助于宇宙的膨胀。
阿尔伯特·爱因斯坦最初提出了这个常数——他在他的一文读懂固态硬盘盘点广义相对论中用λ标记它。有了宇宙常数，随着宇宙膨胀，宇宙常数的能量密度维持不变。
想象一个装满粒子的盒子。假如盒子的体积增多，粒子的密度就会下降，由于它们会散开占据盒子的所有空间。如今想象同样的盒子，但是随着体积的增多，粒子的密度维持不变。
好像不太直观吧？宇宙常数的能量密度不会随着宇宙的膨胀而下降，这自然相当奇怪，但是这个性质有助于阐释加速膨胀的宇宙。
宇宙学的规范模型
如今，宇宙学的主导理论或规范模型被称为“CDM”。Lambda强调刻画暗能量的宇宙常数，CDM代表冷暗物质。这个模型刻画了宇宙后期的加速以及早期的膨胀速率。
具体来说，Lambda CDM阐释了对宇宙微波背景的观察，宇宙微波背景是宇宙在大爆炸后约30万年处于“炎热、致密状态”时微波辐射的余辉。使用测量宇宙微波背景的普朗克卫星开展的观察，使科学家们兴办了Lambda CDM模型。
将Lambda CDM模型拟合到宇宙微波背景中，物理学家可以预测哈勃常数的值，哈勃常数实际上不是一个常数，而是刻画宇宙当前膨胀率的测量值。
但是Lambda CDM模型并不完美。科学家经由测量到星系的距离计算出的膨胀率，与Lambda CDM中刻画的使用宇宙微波背景的观测结局的膨胀率并不一致。天体物理学家称这种分歧为哈勃张力。

宇宙膨胀的速度比流行的宇宙学模型预测的要快。(图片鸣谢:uux.cn/美国全国航空航天局)
哈勃张力
在过去的几年里，我一直在探究如何阐释这种哈勃张力。这种紧张或许表明Lambda CDM模型是不完整的，物理学家应该更改他们的模型，或者它或许表明探究人员是时候提出有关宇宙如何岗位的新想法了。针对物理学家来说，新想法总是最令人兴奋的事情。
阐释哈伯张力的一个方法是，在宇宙的晚期，藉由改变低红移下的膨胀率，来修正兰姆达CDM模型。像这样更改模型可以合作物理学家预测什么样的物理现象或许导致哈勃张力。
例如，也许暗能量不是一个宇宙常数，而是引力以新的方式发挥作用的结局。假如是这样的话，暗能量将随着宇宙的膨胀而演化——而宇宙微波背景(它显示了宇宙在诞生后几年的样子)将对哈勃常数有各异的预测。
但是，我的团队的新近探究察觉，物理学家不能仅仅经由改变宇宙后期的膨胀率来阐释哈勃张力——这一整类解决计划都存在不足。
以便探究什么类型的解决计划可以阐释哈勃张力，我们开发了统计工具，使我们能够评测改变宇宙后期膨胀率的全部模型类别的可行性。这些统计工具相当灵活，我们用它们来匹配或模拟各异的模型，这些模型或许符合对宇宙膨胀率的观察，并或许为哈勃张力提供一个解决计划。
我们评测的模型含有进化的暗能量模型，暗能量在宇宙的不另外间有各异的作用。我们还评测了相互作用的暗能量-暗物质模型，其中暗能量与暗物质相互作用，以及更改的重力模型，其中重力在宇宙中的不另外间有各异的作用。
但是这些都不能完全阐释哈勃的张力。这些结局表明，物理学家应该探究早期宇宙，以知晓张力的来源。
这篇文章是在知识共享许可下转载自《对话》。