宇宙真的是宇宙學家告訴我們的那樣嗎？

哈勃太空望遠鏡拍攝的造父變星。NASA / ESA

宇宙真的是宇宙學家告訴我們的那樣嗎？近年來人們發現，通過不同方法測得的宇宙膨脹速率（H₀）之間存在著不可忽視的差異。這種差異導致了所謂的「哈勃危機（Hubble tension）」，使得很多人懷疑我們對宇宙的基本認識中存在著錯誤。

測量宇宙膨脹速率的方法主要有兩種。一種是將宇宙大爆炸的余暉——宇宙微波背景輻射，和主流的宇宙演化模型結合起來測算。以這種方法，使用普朗克衛星提供的宇宙微波背景輻射數據，得到的結果是67.4±0.5km/s/Mpc，意為每百萬秒差距的空間在每秒之內膨脹67.4千米（包括正負0.5千米的誤差）。百萬秒差距是天文學空間距離單位，1百萬秒差距相當于326萬光年。

另一種方法是對地球和宇宙中天體的距離進行測量，對宇宙膨脹的速率進行較為直接的測算。這種方法中最可靠的是利用所謂的「標準燭光（Standard candles）」，以及建立在此基礎上的「距離階梯（cosmic distance ladder）」來測量天體和地球之間的距離。

「標準燭光」指的是宇宙中一些可以通過某種方式，預先知道其絕對光度的特殊天體。由于距離會導致亮度衰減，于是它們和地球之間的距離，就可以通過距離和亮度之間的反比關系來推算。

但是由于恒星演化本身以及宇宙空間的浩瀚所導致的個體差異，「標準燭光」并不永遠「標準」。天文學家必須經常對其進行「校準」。所謂校準一方面是要更好地對這類天體進行定義，以使其能夠被更準確地識別；另一方面是要找到足夠多距離已知的同類天體，以便對它們的絕對光度，也就是「標準燭光」的亮度有更精確的認知。

在所有能夠被當成「標準燭光」的天體中，有一種叫「造父變星（Cepheids）」，是被應用得最多的「距離階梯」，能夠對數千萬秒差距之內的距離進行測量。「造父變星」作為「標準燭光」，其精度是下一級「距離階梯」的基礎。而這下一級「距離階梯」即是Ia型超新星。根據Ia型超新星測算出的宇宙膨脹速度是73.0±1.0km/s/Mpc。這一發現獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。

但這也使人們發現，兩種不同的方法得到的H₀值不一樣，存在5.6km/s/Mpc的差異。如果這兩種測量方式和過程都沒有問題，那麼問題就只可能出在我們對宇宙的基本認識上。當然我們也可以看到，天體物理學家對于方法的依賴性有多麼強。

最近，以洛桑聯邦理工學院物理研究所Richard Anderson為首的一個科研團隊，在蓋亞探測器提供的數據基礎上，通過追蹤銀河系造父變星是否擁有與周邊恒星相同的運動參數，來判斷它們是否同屬一個星團并確定其與地球的距離，校準它們作為「標準燭光」的精度。

校準結果把誤差范圍縮小到了±0.9%，使「造父變星」作為「標準燭光」的可靠性得到了提高。與此同時，也將2011年公布的宇宙膨脹速率值精確到了73.0±0.9km/s/Mpc。

新一輪的校準實際上也再次向我們對宇宙的基本認識提出了質疑。在這個問題上，如果用不同測量方法得到的結果始終有差異，那麼這樣的測量越精確，在基本層面上存在錯誤的可能性就越大。

宇宙可能并不是我們以為的那個樣子，也許我們對暗能量、時空連續體、引力等基本概念的理解都要進行反思。