理論物理學家提出解決宇宙膨脹奧秘的方法

瑞士日內瓦大學（University of Geneva）的理論物理學家盧卡斯·隆布里塞（Lucas Lombriser）教授提出一個假設：地球、太陽系、整個銀河系和離我們最近的幾千個星系在一個直徑為二億五千萬光年的巨大泡泡中運動，宇宙物質的平均密度是其餘部分的一半。目的是用來解決一個已經使科學界分裂十年的難題：宇宙以什麼速度膨脹？ 到目前為止，至少有兩種獨立的計算方法得出的兩個值相差約一成，其偏差在統計上是不可調和的宇宙膨脹速度。

自從138億年前發生大爆炸（Big Bang）以來，宇宙一直在擴展，這個題目最早由比利時物理學家喬治·勒梅特（Georges Lemaître 1894-1966）提出，而由艾雲·哈勃（Edwin Hubble 1889-1953）首次證實。 美國天文學家在1929年發現，每個星系都在遠離我們，而最遙遠的星系移動得最快。這顯示過去有一段時間所有星系都位於同一點，這個時間只能對應於大爆炸。 這項研究得出哈勃–勒梅特定律（Hubble-Lemaître law），包括哈勃常數（H0），該常數表示宇宙的膨脹率。 目前，對H0的最佳估計值約為70（km / s）/ Mpc（這意味著，每三百二十六萬光年，宇宙以每秒七十公里的速度快速擴張）。 問題是哈勃常數現時有兩種相互矛盾的計算方法。

第一種是基於宇宙微波的背景：這是從宇宙各處傳來的微波輻射，它是在宇宙變冷到足以使光能夠自由循環的時候發出的（大爆炸後大約三十七萬年）。使用普朗克太空望遠鏡（Planck Space Telescope）提供的精確數據，並考慮到宇宙是同質且各向同性的事實，使用愛因斯坦的廣義相對論在整個場景中得出H0的值為67.4。 第二種計算方法是基於在遠距離星系中偶然出現的超新星。 這些非常明亮的事件為觀察者提供了高度精確的距離，這種方法可以確定H0值為74。

隆布里塞教授解釋：這兩個數值多年來一直變得更加精確，而彼此之間卻保持著不同。這些差異引發科學爭議，人們甚至希望我們可能有新的物理學可以縮小兩者的差距。隆布里塞教授接受宇宙並不像所聲稱的那樣均勻，這一假設在相對適度的規模上似乎很明顯。 毫無疑問，物質在銀河內部的分佈與在銀河外部的分佈不同。 但是，很難想像以比銀河系大數千倍的體積計算出的物質平均密度的波動。

如果我們處於一種巨大的泡泡之中，那裡的物質密度大大低於整個宇宙的已知密度，這將對超新星的距離產生影響，並最終影響到確定H0。對於這個哈勃泡泡（Hubble bubble）來說，所需要做的就是找到足夠大，包括用作測量距離參考的星系。通過確定這個氣泡的直徑為二億五千萬光年，物理學家計算出，如果內部物質的密度比宇宙其餘部分低50％，那麼使用宇宙微波背景方法將會與用超新星方法獲得一致的哈勃常數。隆布里塞教授說：發生這種規模的波動的可能性是20比1到5比1，這意味著這不是理論家的幻想。在廣闊的宇宙中有很多像我們這樣的區域。

【圖：美國太空總署；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在已經出版的《物理學快報》