宇宙膨脹速度超預期 顛覆甚麼觀念?

美國索爾‧珀爾馬特(Saul Perlmutte)、亞當‧賴斯(Adam Reiss)和澳洲布萊恩‧施密特(Brian Schmidt)通過觀測超新星發現了宇宙膨脹現象而共同獲得了2011年諾貝爾物理學獎。
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第167期
許家棟

據英國《每日郵報》報導,自從138億年前「宇宙大爆炸」(Big Bang)以來,宇宙一直在不斷膨脹。隨著膨脹的同時,膨脹的速度也變得越來越快,超出科學家的想像。

宇宙膨脹速度通常被稱為「哈伯常數」(Hubble constant),天文學家們已經花費了數年時間試圖量化這個常數。現在,通過有史以來最精確的測量,專家們發現宇宙膨脹的速度比預期的要快約8%。

諾貝爾物理學獎得主、美國約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)亞當•賴斯(Adam Riess)教授告訴《自然》(Nature)雜誌說:「我認為,在這個標準的宇宙模型中,有一種我們還不明白的東西存在。」

目前被接受的宇宙學模型指出,整個宇宙的構成中,我們常說的物質占4.9%,而暗物質(dark matter)則占26.8%,還有68.3%是暗能量(dark energy)。在宇宙學中,暗物質(dark matter),是指無法通過電磁波的觀測進行研究,也就是不與電磁力產生作用的物質;而暗能量則是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗物質和暗能量的競爭導致了宇宙的演化。暗物質引力減慢了宇宙的膨脹,而暗能量在相反方向上使其加速。

如果宇宙膨脹速度變得更快,這可能意味著暗能量已經開始變得更強。先前的研究曾經表明,暗能量的力量是恆定的。多年來,在宇宙學研究中,哈伯定律或哈勃常數被認為是宇宙膨脹理論的基礎。

哈伯常數是通過觀察宇宙中相對鄰近的星系是如何快速地遠離銀河系,並利用已知亮度的恆星──被稱為「標準燭光」(standard candles)來計算得到的。但直到現在,測量是在一定誤差容限範圍之內,這意味著差別可以忽略不計。

賴斯教授的團隊使用哈勃太空望遠鏡進行了數百小時的觀測,研究了18個星系中的兩種「標準燭光」。他們發現宇宙膨脹的速度比基於「普朗克資料」(Planck data)的預測要快8%。沒有參與這項研究的加州大學爾灣分校的宇宙學家Kevork Abazajian教授說,這項研究結果「有可能改變當前的宇宙論」,也就是人類一直以來認為的「宇宙形成大爆炸論」猶待商榷。

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