上世紀90年代初， 美國加州卡內基天文臺的工作人員都在歡慶耶誕節。 Wendy Freedman仍獨自一人在圖書館鑽研一個棘手問題：宇宙的膨脹速度。
不過， Freedman的安靜很快便被天文學家Allan Sandage的闖入打破了。 Sandage一直是宇宙緩慢膨脹論的支持者， 而Freedman的最新研究卻駁斥了這一理論。
“他非常生氣。 ”現就職于芝加哥大學的Freedman回憶道， “我意識到這座建築裡就只有我們倆個人， 於是後退了一步， 他看上去並不友好。 ”
微小誤差
在公認的宇宙論模型中， 宇宙的進化主要依賴於暗物質與暗能量之間的競爭作用。 暗物質的引力傾向於減緩宇宙膨脹， 而暗能量則在相反的方向推動並使宇宙加速膨脹。 但基於若干天文臺的測量， 宇宙學家得以預測年輕宇宙將如何進化， 包括在歷史的任意時間節點上膨脹得有多快。 多年來， 這些預測同針對當前宇宙膨脹速度的直接測量結果（被稱為哈勃常數）並不一致。
哈勃常數得名於發現了宇宙在不斷膨脹的卡內基天文臺天文學家Edwin Hubble。 而通過觀測附近星系以多快的速度遠離銀河系， 利用被稱為“標準燭光”的已知恒星固有亮度， 科學家便能計算出哈勃常數。
2001年， 主持對哈勃常數第一次精密測量的Freedman報告的哈勃常數值為72±8。 Freedman認為， 標準燭光自身在精密測量時就是不可靠的， 該團隊正在研究基於一種不同類型恒星的替代方法。
研究者還基於宇宙微波背景輻射（CMB）圖進行了測算。 許多科學家認為暗物質和暗能量的相對貢獻來自於宇宙大爆炸後遺留的輻射， 即CMB。 歐洲空間局普朗克天文臺於近幾年完成了對其的詳細描繪， 從本質上看是年輕宇宙在約40萬年時的一幅肖像。
通過預測宇宙中能量和物質的相互牽引， 科學家矯正了哈勃常數， 但結果與之前的並不匹配。 這意味著有一個錯了。 兩方均在用自己的方法尋找缺陷在何處， 並爭相發表測量結果。 “我們不知道未來會怎樣。 ”Freedman說。
但如果爭論持續下去， 將割裂現代宇宙學的天空。 它還意味著現代理論丟失了一些能調節現在和過去的要素。 “我認為在標準宇宙論模型中有一些是我們尚未搞清的。 ”美國約翰斯·霍普金斯大學天體物理學家Adam Riess說。 上世紀末， Riess發現了暗能量， 而且， 其早期觀測認為， 暗能量的強度在宇宙的整個歷史中都是恒定的。
去年， Riess的團隊利用哈勃空間望遠鏡數百小時的觀測時間研究了來自18個星系的兩種標準燭光。 由此測量的常數的不確定性為2.4%，
這一理論引起了軒然大波， 如果屬實， 那麼新哈勃常數顯然和2013年普朗克天文臺從大爆炸殘留輻射的相關資料中推斷出的67不符。 後者更低， 代表膨脹速度更慢。
現在， 該團隊不僅追求精確哈勃常數， 而且還希望對其進行完善， 並弄清其是否隨時間而變化。 如果新測量的哈勃常數和由普朗克團隊早期測量的結果都是準確的， 那麼標準模型就需要進行一些修改。 一種可能性是構成暗物質的基本粒子具有不同於當前理論的屬性， 這將影響早期宇宙的進化。 另一種選擇是暗能量並非亙古不變的， 而是在最近時期變得越來越強。
找出答案
哈勃常數的發現可以追溯到上世紀20年代。 當時， Hubble發現， 星系看起來都在離人們遠去， 且距離越遠， 遠離的速度越快。 一直以來， 天文學家都認為宇宙是靜止的， 而這一觀點認為宇宙是在膨脹的。 之後， Hubble還發現宇宙膨脹的速率是一個常數。
為了找出宇宙膨脹率， Hubble需要星系的準確間距， 而不只是基於視亮度的相對數值。 於是， 他提出了“標準燭光”概念。 1929年， Hubble應用造父變星和星系中的最亮星標定距離， 提出銀銀河外星系的視向速度與距離成比例， 並給出速度—距離比值為500。 數年後， Hubble等人第二次測定值為558， 隨後又訂正為526。
直到現在， 許多天文學家用多種方法測定了哈勃常數， 但所得的數值存在較大差距。 1949年，Hubble 將接力棒交到了Sandage手中。借助卡內基天文臺的更高解析度和更大聚光能力，Sandage找出了更遠星系中的造父變星。到上世紀80年代，Sandage推算出的數值約為50。後來，法國天文學家Gérard de Vaucouleurs提出哈勃常數應為100。
而當時從與Sandage的爭論中脫身的Freedman決定利用更強大的新工具：哈勃太空望遠鏡。這使得Freedman團隊能找到比Sandage遠10倍的造父變星。2001年，Freedman研究組將哈勃常數限制在72±8。這一結論終結了Sandage和De Vaucouleurs的爭吵。緊接著，2003年，科學家使用人造衛星威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）測得的數值約為72。
不過，從那時起，天文學家測得的哈勃常數不斷增大，而誤差率則在不斷縮小。Riess則使用哈勃太空望遠鏡的紅外照相機得出最新的哈勃常數為73.24。同時，普朗克團隊繪製了更高解析度和溫度敏感度的CMB圖像，測算出結果為67.8。
“我想，這已經很難被解釋為統計學誤差了。”WMAP團隊負責人、約翰斯·霍普金斯大學天天物理學家Chuck Bennett說。
新的起點
每一方都堅信自己是正確的。正如普朗克團隊成員、英國劍橋大學宇宙學家George Efstathiou表示，普朗克的資料“絕對正確”。
也有人表示這些爭論可能是某個大事件的開端。普林斯頓大學宇宙學家David Spergel稱這個偏差“非常有趣”，但表示不相信這標誌著出現了新的物理學。不過，芝加哥大學的Michael S. Turner則認為，如果這個差異是真實存在的，則可能會是一個取得大發現、新見解和突破的機會。
宇宙學家還希望使用塔卡馬望遠鏡對相關結果進行修正。Riess等人認為，現代和原始的結果都需要進行調整，才能做到準確，因為普朗克只是間接地把哈勃常數作為標準宇宙模型多個參數中的一個進行了測量。
“哈勃常數將不會繼續模棱兩可。”普林斯頓大學天體物理學家Lyman Page說，理論學家有責任縮小各數值間的差異。
一個方案是向標準模型中增加額外的要素。CMB提供了對宇宙大爆炸後能量收支的總體預算。愛因斯坦等式E=mc2顯示，能量能像物質一樣，因此其重力會放慢宇宙的膨脹速度。但隨著時間的逝去，輻射變冷且能量喪失，因此稀釋了重力影響。
另一個則涉及中微子。目前已知有3種中微子，如果存在第4種，則意味著早期宇宙膨脹速度比預想得要快。
還有一個可能的因素是所謂的“幽靈暗能量”。當前的宇宙模型假設暗能量強度是一個常數。如果暗能量隨時間的變化略微加強，將能解釋為何當前宇宙膨脹速度加快。但普朗克團隊的英國倫敦大學學院天體物理系Hiranya Peiris等批評者認為，可變的暗能量並不存在。
而Freedman認為解決爭吵的唯一方法是以毒攻毒——利用新的觀測資料。她和同事計畫不利用造父變星進行校準，轉而使用其他的變星和紅巨星。他們將使用口徑僅30釐米的自動望遠鏡研究附近星系，並借助哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡監控遙遠星系。
（張章編譯）
《中國科學報》 (2017-03-13 第3版 國際)
1949年，Hubble 將接力棒交到了Sandage手中。借助卡內基天文臺的更高解析度和更大聚光能力，Sandage找出了更遠星系中的造父變星。到上世紀80年代，Sandage推算出的數值約為50。後來，法國天文學家Gérard de Vaucouleurs提出哈勃常數應為100。而當時從與Sandage的爭論中脫身的Freedman決定利用更強大的新工具：哈勃太空望遠鏡。這使得Freedman團隊能找到比Sandage遠10倍的造父變星。2001年，Freedman研究組將哈勃常數限制在72±8。這一結論終結了Sandage和De Vaucouleurs的爭吵。緊接著，2003年，科學家使用人造衛星威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）測得的數值約為72。
不過，從那時起，天文學家測得的哈勃常數不斷增大，而誤差率則在不斷縮小。Riess則使用哈勃太空望遠鏡的紅外照相機得出最新的哈勃常數為73.24。同時，普朗克團隊繪製了更高解析度和溫度敏感度的CMB圖像，測算出結果為67.8。
“我想，這已經很難被解釋為統計學誤差了。”WMAP團隊負責人、約翰斯·霍普金斯大學天天物理學家Chuck Bennett說。
新的起點
每一方都堅信自己是正確的。正如普朗克團隊成員、英國劍橋大學宇宙學家George Efstathiou表示，普朗克的資料“絕對正確”。
也有人表示這些爭論可能是某個大事件的開端。普林斯頓大學宇宙學家David Spergel稱這個偏差“非常有趣”，但表示不相信這標誌著出現了新的物理學。不過，芝加哥大學的Michael S. Turner則認為，如果這個差異是真實存在的，則可能會是一個取得大發現、新見解和突破的機會。
宇宙學家還希望使用塔卡馬望遠鏡對相關結果進行修正。Riess等人認為，現代和原始的結果都需要進行調整，才能做到準確，因為普朗克只是間接地把哈勃常數作為標準宇宙模型多個參數中的一個進行了測量。
“哈勃常數將不會繼續模棱兩可。”普林斯頓大學天體物理學家Lyman Page說，理論學家有責任縮小各數值間的差異。
一個方案是向標準模型中增加額外的要素。CMB提供了對宇宙大爆炸後能量收支的總體預算。愛因斯坦等式E=mc2顯示，能量能像物質一樣，因此其重力會放慢宇宙的膨脹速度。但隨著時間的逝去，輻射變冷且能量喪失，因此稀釋了重力影響。
另一個則涉及中微子。目前已知有3種中微子，如果存在第4種，則意味著早期宇宙膨脹速度比預想得要快。
還有一個可能的因素是所謂的“幽靈暗能量”。當前的宇宙模型假設暗能量強度是一個常數。如果暗能量隨時間的變化略微加強，將能解釋為何當前宇宙膨脹速度加快。但普朗克團隊的英國倫敦大學學院天體物理系Hiranya Peiris等批評者認為，可變的暗能量並不存在。
而Freedman認為解決爭吵的唯一方法是以毒攻毒——利用新的觀測資料。她和同事計畫不利用造父變星進行校準，轉而使用其他的變星和紅巨星。他們將使用口徑僅30釐米的自動望遠鏡研究附近星系，並借助哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡監控遙遠星系。
（張章編譯）
《中國科學報》 (2017-03-13 第3版 國際)