在這個(gè)世界上，最尷尬的事情莫過(guò)于：你和你的學(xué)霸同桌做同一道數(shù)學(xué)題，用了兩種不同的方法，都覺(jué)得自己是對(duì)的，結(jié)果算出來(lái)的答案不一樣。現(xiàn)在的天文學(xué)家，就正處于這種極度抓狂的狀態(tài)中。這道題叫做：“宇宙到底膨脹得有多快？”

為了解開(kāi)這個(gè)謎題，科學(xué)家們互不相讓地吵了十幾年，這就是著名的“哈勃常數(shù)危機(jī)”。不過(guò)，根據(jù)最近的一系列重磅研究（特別是 DESI 和 JWST 的助攻），這場(chǎng)架可能快要打完了。今天我們就來(lái)聊聊，宇宙究竟是在加速狂奔，還是在跟我們玩心理戰(zhàn)。

哈勃常數(shù)是什么

在聊那個(gè)讓天文學(xué)家抓狂的危機(jī)之前，我們得先解決一個(gè)技術(shù)問(wèn)題：人類(lèi)連火星都沒(méi)親自去過(guò)，憑什么敢斷定幾十億光年外的星系正在以每秒幾千公里的速度逃離我們？

要在茫茫太空中測(cè)速，天文學(xué)家其實(shí)是在玩一種叫做“紅移”的游戲。這個(gè)聽(tīng)起來(lái)高深莫測(cè)的名詞，原理其實(shí)和你在路邊聽(tīng)到的救護(hù)車(chē)警報(bào)一模一樣。當(dāng)一輛救護(hù)車(chē)?yán)瘓?bào)向你沖來(lái)時(shí)，聲波被壓縮，聲音尖銳刺耳；而當(dāng)它呼嘯而過(guò)離你遠(yuǎn)去，聲波被拉長(zhǎng)，聲音瞬間變得低沉。這就是多普勒效應(yīng)。光，本質(zhì)上也是一種波。當(dāng)一個(gè)星系飛速遠(yuǎn)離我們的時(shí)候，它發(fā)出的光波就在空間中被生生拉長(zhǎng)了。

在光譜上，波長(zhǎng)變長(zhǎng)意味著向紅色端移動(dòng)。于是，與地球上同樣原子發(fā)出來(lái)的光相比，來(lái)自星星的原子發(fā)出的光被整體拽向了紅色那一端，這就是紅移。紅移量越大，代表光波被拉得越狠，也就說(shuō)明那個(gè)星系跑得越快。早在 1929 年，哈勃老爺子（Edwin Hubble）正是盯著這些紅移，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的問(wèn)題：絕大多數(shù)星系都在離我們而去，而且離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，逃跑的速度越快。

這說(shuō)明并不是星系自己在飛，而是宇宙空間本身像個(gè)正在充氣的氣球，所有的斑點(diǎn)都在互相遠(yuǎn)離。為了量化這種瘋狂的膨脹，科學(xué)家定義了哈勃常數(shù)（H?）。這個(gè)數(shù)字不僅僅是宇宙的行駛速度，它還藏著宇宙的年齡和最終命運(yùn)。為了測(cè)準(zhǔn)它，天文學(xué)界最頂尖的大腦分成了兩大幫派，一場(chǎng)“學(xué)霸互毆”也就此拉開(kāi)了序幕。

一場(chǎng)跨越百億光年

的“對(duì)賬”

第一派選手，我們姑且稱(chēng)之為“實(shí)測(cè)派”。他們的信條簡(jiǎn)單粗暴：眼見(jiàn)為實(shí)。既然我們想知道宇宙現(xiàn)在的膨脹速度，那就直接拿尺子量現(xiàn)在的宇宙唄。只要測(cè)出一個(gè)星系離我們有多遠(yuǎn)，再看一眼它的紅移算出它跑多快，哈勃常數(shù)不就出來(lái)了嗎？

測(cè)速度容易，但測(cè)距離在天文學(xué)里簡(jiǎn)直是地獄級(jí)難度。好在，宇宙中有一種叫做“Ia型超新星”的神奇天體。這種超新星源于一顆貪吃的白矮星，因?yàn)樗约旱馁|(zhì)量門(mén)檻是固定的，所以它爆炸時(shí)的亮度也驚人地一致。這就好比你在黑暗的曠野中，確信每個(gè)人手里拿的都是標(biāo)準(zhǔn)的 100 瓦燈泡，那你只要看那個(gè)燈泡有多暗，就能反推出它離你有多遠(yuǎn)?？恐@把“標(biāo)準(zhǔn)燭光”搭建起的宇宙距離階梯，實(shí)測(cè)派給出了他們的答案：宇宙目前的膨脹速度大約是 73。

即，天體與觀測(cè)者的距離每增加1 Mpc（326萬(wàn)光年），其退行速度大約增加73 km/s。

Ia型超新星的藝術(shù)家想象（ESA）

然而，另一派選手，我們可以稱(chēng)之為理論派，對(duì)此嗤之以鼻。他們不看現(xiàn)在的星星，他們看宇宙的“嬰兒照”。通過(guò)普朗克衛(wèi)星，物理學(xué)家觀測(cè)的是宇宙大爆炸后留下的余溫，宇宙微波背景輻射（CMB）。CMB的平均溫度只有2.7255 K左右，但是其在各個(gè)方向上均存在微小的溫度漲落，這種漲落是光子與重子的相互作用形成的，具有一定規(guī)律，可以反映物質(zhì)分布漲落在空間尺度上的相關(guān)性。這一漲落在宇宙學(xué)上一般用角功率譜描述，科學(xué)家測(cè)量出這個(gè)角功率譜，然后把它扔進(jìn)人類(lèi)最引以為傲的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型（Λ-CDM）里，像天氣預(yù)報(bào)一樣，通過(guò)公式一步步推演，算出 138 億年后的今天，宇宙“應(yīng)該”膨脹得有多快。他們算出來(lái)的數(shù)字，大約是 67。

普朗克衛(wèi)星與宇宙微波背景輻射（ESA）

是尺子歪了，

還是理論崩了？

場(chǎng)面一度非常尷尬。一邊是基于現(xiàn)實(shí)觀測(cè)的73，一邊是基于完美理論推演的67。這中間的差距，說(shuō)明我們的測(cè)定方法或者宇宙模型肯定有一個(gè)存在問(wèn)題，這被稱(chēng)作“哈勃常數(shù)危機(jī)”。大家都在互相“找茬”，但是一般還是認(rèn)為理論派更精確一些，畢竟通過(guò)超新星測(cè)量受限于技術(shù)和設(shè)備，可能存在誤差，特別是哈勃望遠(yuǎn)鏡主要看的是可見(jiàn)光，可能受到了宇宙塵埃的影響。

兩種方法的數(shù)值差距（cerncourier）

為了平息爭(zhēng)論，人類(lèi)甚至把造價(jià)百億美元的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）送上了天，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡能看到紅外波段的數(shù)據(jù)，明顯會(huì)更精確。2024年，有團(tuán)隊(duì)把韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)分析之后，得出一個(gè)讓大家沉默的結(jié)果：哈勃望遠(yuǎn)鏡沒(méi)看錯(cuò)，數(shù)據(jù)是準(zhǔn)的，73就是73。

既然觀測(cè)沒(méi)錯(cuò)，那出問(wèn)題的只能是那個(gè)我們信奉了多年的“標(biāo)準(zhǔn)模型”了。那個(gè)完美的理論，可能從根子上就有了裂痕。看來(lái)我們要喊出那句話了：物理學(xué)~不存在了！

物理學(xué)還在呢~

把物理學(xué)從不存在的邊緣拉回來(lái)的，正是 2025 年接連爆出的兩個(gè)重磅消息。首先發(fā)難的是 DESI 項(xiàng)目。2025 年 3 月，天文學(xué)家在分析了海量的重子聲學(xué)振蕩數(shù)據(jù)后，察覺(jué)到了一絲不對(duì)勁。在那個(gè)被我們奉為圭臬的標(biāo)準(zhǔn)模型（Λ-CDM）里，暗能量本該像個(gè)死板的釘子戶(hù)，密度永遠(yuǎn)不變。但 DESI 的數(shù)據(jù)卻暗示，暗能量似乎是“活”的，它的密度在隨著宇宙年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生變化，甚至在衰減。這說(shuō)明現(xiàn)實(shí)宇宙里的暗能量，更像是那種參數(shù)會(huì)變的w0wa-CDM模型，而不是我們以為的那個(gè)簡(jiǎn)單版本。

在當(dāng)前宇宙中，宇宙介質(zhì)的物態(tài)方程可以總結(jié)如下：

其中，介質(zhì)的密度 ρ 與代表宇宙膨脹的標(biāo)度因子a有如下關(guān)系：

標(biāo)度因子a之變化的速率則可以用下式表達(dá)：

而在Λ-CDM模型中，介質(zhì)則可以按照w的不同，簡(jiǎn)單區(qū)分為非相對(duì)論性無(wú)壓物質(zhì)（物質(zhì)/冷暗物質(zhì)，w=0）、相對(duì)論性有輻射壓物質(zhì)（輻射，w=1/3）及暗能量（w=-1）；在這種分類(lèi)中，物質(zhì)與冷暗物質(zhì)的密度與a3成反比，輻射與a4成反比，暗能量則與a無(wú)關(guān)。而在w0wa-CDM模型中，暗能量的狀態(tài)方程w不再是常數(shù)，而是遵循如下的CPL 參數(shù)化方程演化：

在該模型中，w0即w的取值，wa即w的變化率；若取特殊值w0=-1，wa=0，即為 Λ-CDM模型，然而上述三項(xiàng)研究的結(jié)論表明，當(dāng)前宇宙這二者的數(shù)值存在明顯偏移，見(jiàn)下圖：

其表明二者均不符合 Λ-CDM模型之預(yù)測(cè)，暗能量密度正在衰減。

緊接著，在 2025 年 10 月，來(lái)自韓國(guó)延世大學(xué)的一項(xiàng)研究，從另一個(gè)角度補(bǔ)上了關(guān)鍵的一刀：Ia型超新星被曝出了嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷。原來(lái)我們一直用來(lái)測(cè)量宇宙距離的Ia型超新星，根本就不是恒定的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，它的亮度和宿主星系的年齡有著密切關(guān)系。正是這個(gè)被忽視的細(xì)節(jié)，導(dǎo)致了過(guò)去幾十年的誤判。

宿主星系年齡的增加逐步增強(qiáng)

邏輯是這樣的：以前，我們默認(rèn)所有超新星都是極亮的100瓦大燈泡。當(dāng)我們觀測(cè)到遠(yuǎn)處的超新星看起來(lái)很暗時(shí)，我們下意識(shí)地認(rèn)為：既然燈泡本來(lái)那么亮，現(xiàn)在看起來(lái)卻這么暗，那它一定是被宇宙膨脹推到了非常非常遠(yuǎn)的地方！基于這個(gè)誤解，我們推導(dǎo)出宇宙在瘋狂加速膨脹，算出了高達(dá)73的哈勃常數(shù)。但是其實(shí)很多燈泡本來(lái)就沒(méi)有那么亮（可能只有95瓦甚至是90瓦）。既然它本來(lái)就暗，那它看起來(lái)暗就是正常的，這意味著它其實(shí)并沒(méi)有我們想象中那么遠(yuǎn)，也沒(méi)有跑得那么快。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，通過(guò)這種方法修正后，我們有望把之前高得離譜的哈勃常數(shù)降下來(lái)一些，從而減少目前哈勃常數(shù)的偏差，但是能降低多少，沒(méi)說(shuō)~ 目前我們僅僅把DESI的結(jié)果，結(jié)合CMB與大爆炸核合成的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到的哈勃常數(shù)在68附近。這個(gè)數(shù)字，終于從73的高位回落，與67幾乎握手言和。

至此，劇情終于閉環(huán)：所謂的“哈勃常數(shù)危機(jī)”，其實(shí)是我們因高估了燈泡亮度而產(chǎn)生的烏龍，這朵籠罩在物理學(xué)頭頂?shù)臑踉?，終于有了散的可能性。為什么說(shuō)是可能呢？因?yàn)檫@篇文章還有一些爭(zhēng)議，雖然可以與DESI相互引證，可信度不算低，但是別忘了一百多年，當(dāng)人們?cè)噲D去驅(qū)散經(jīng)典物理學(xué)天空中的最后兩朵烏云時(shí)，最后把舊物理的大廈拆了個(gè)底朝天。

來(lái)源：石頭科普工作室

編輯：丁香葉子

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