首页 > 探索 > 神秘事件

“有趣的暗物质”:我们关于宇宙膨胀的理论有些错误

时间:2024-12-10来源:网络作者:小白


一个被称为Abell 2744系统的合成图像星系团碰撞,被称为潘多拉星团。蓝色是一张根据哈勃太空望远镜、甚大望远镜(VLT)和斯巴鲁望远镜的数据显示总质量浓度(主要是暗物质)的地图。来源:uux.cn美国国家航空航天局


(神秘的地球uux.cn)据《大众科学》(汤姆·霍金):自20世纪初以来,我们就知道宇宙在膨胀。然而,它究竟以多快的速度扩张,仍然是一个棘手的问题。到目前为止,我们对宇宙的理论理解预测的膨胀率比我们根据实际观测计算的速度慢约8%。这种差异被称为哈勃张力,其背后的原因是物理学中一个悬而未决的重大问题。


最明显的潜在解释是我们的测量不准确。然而,12月9日发表在《天体物理学杂志》上的一篇新论文通过将哈勃太空望远镜的数据与詹姆斯·韦伯太空望远镜的新观测结果进行交叉检查,进一步验证了我们现有的观测结果,并发现两者几乎完全一致。


什么是哈勃常数,我们如何测量它?


宇宙膨胀的速率表示为哈勃常数,通常缩写为“H0”。我们宇宙的一个怪癖是,它的膨胀率随着距离而变化——物体离我们越远,它离我们的速度就越快。为了反映这一事实,常数以千米每秒每兆秒差距(km/s/Mpc)为单位表示,兆秒差距是一个相当于大约30万光年的距离单位。


我们对宇宙最好的理论模型,λ/冷暗物质模型(“∧CDM”),预测H0的值为67-68 km/s/Mpc。然而,我们的观测结果显示H0约为73 km/s/Mpc。那么,发生了什么事?


为了理解这一点,我们首先需要了解H0是如何测量的。科学家们通过研究遥远的物体——恒星、星系、超新星——并计算出a)它们有多远,b)它们离我们有多快。


攀登宇宙距离阶梯


第一步是能够计算出遥远物体离我们有多远,而计算宇宙距离很少是一项简单的任务。正如该论文的合著者之一李思扬悲伤地说:“我们的很多工作都涉及到测量星系的距离,这是天文学中非常困难的事情之一。”


李解释说,为了进行这些计算,天文学家使用所谓的“宇宙距离阶梯”。阶梯从距离地球约1000秒差距内的物体开始,我们可以用简单的三角法计算它们的距离。李说,对于更遥远的物体,“我们真的需要两条信息。一条是视星等:这颗恒星在地球上看起来有多亮?另一条是这颗恒星的固有亮度:它的固有亮度是多少?”


这两个值之间的差异是距离的函数:物体离得越远,它看起来就越暗。(想象一下,从灯发出的光线球体在扩大;如果你靠近灯,许多光线会到达你,但随着你越来越远,越来越多的光线会错过你。)这两个数值与物体的距离之间有一个相对简单的关系,所以如果我们有两条这样的信息,我们可以计算第三条。


这很有用,因为有一些类别的物体——被称为“标准烛光”——都有相同的固有光度。(例子包括1a型超新星,沿着一类被称为造父变星的恒星。)一旦我们确定了一类标准烛光的固有光度——一个被称为校准的过程——我们就可以利用这些信息计算出与距离太远而无法直接计算的类似物体的距离。然后,可以对另一类标准蜡烛重复该过程。


一旦我们知道一个物体有多远,我们需要的第二条信息就是它离我们有多快。随着宇宙的膨胀,来自这些物体的光到达我们的时间越来越长,它的波长被它所穿越的不断膨胀的时空拉伸。这种现象被称为“红移”,如果我们能计算出给定物体的光红移了多少,我们就可以计算出物体远离我们的速度。


计算哈勃常数


一旦我们掌握了这两条信息,哈勃常数的实际确定就相当简单:速度和距离由方程v=H0d联系起来,其中v是速度,d是距离,H0是哈勃常数。


如果我们对大量遥远的物体进行这种测量,我们可以将哈勃常数定为一个更精确的值。当然,要做到这一点,测量结果的正确性至关重要。我们关于遥远天体的大部分信息来自哈勃太空望远镜,该望远镜花了几十年的时间积累数据,詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射为交叉检查这些数据提供了一个受欢迎的机会。


这也为研究开辟了新的可能性,正如该论文的主要作者、2011年诺贝尔物理学奖获得者亚当·里斯(Adam Riess)对哈勃张力的研究所解释的那样:“JWST在近红外波段具有更好的分辨率和灵敏度。哈勃在较蓝的波长上表现更好。哈勃最大的优势是它在那里的时间更长,因此拥有更多的数据,[但]一旦JWST有足够的数据,它可能会超过哈勃——或者它们可能会被联合用于研究[哈勃]张力。”


目前,JWST的结果与现有数据几乎完全相关,提供了更有力的证据,证明问题不在于我们测量的准确性。里斯说,在这种情况下,问题可能在于理论。他说:“如果不能发现测量中的缺陷,模型中出现缺陷的可能性就会越来越大。”


什么是∧CDM模型,为什么它预测了不同的哈勃常数?


顾名思义,∧CDM模型基于两个基本概念:宇宙常数(用希腊字母“∧”表示)和冷暗物质的存在。宇宙常数表示空间本身的内在能量,即目前估计约占宇宙能量68%的神秘“暗能量”。与此同时,“冷暗物质”代表了我们对同样难以捉摸的暗物质的最佳理解,暗物质占宇宙能量的27%。(构成恒星、行星和人类的普通老物质只占区区5%。)


暗能量和暗物质的概念不是任意的——暗物质的存在可以从它对星系自转的影响中推断出来,暗能量是宇宙持续膨胀所必需的。∧CDM模型中的版本反映了这些事实,也与我们对宇宙微波背景的观测相关联,宇宙微波背景是大爆炸的剩余辐射。


Riess说:“基本上,∧CDM预测了大爆炸后宇宙中物质/温度波动的物理大小。CMB用于测量这些波动的角度大小,并将两者进行比较,从而校准哈勃常数。”


然而,很明显,哈勃望远镜张力持续存在的问题表明,有些事情是不对的。里斯或李是否怀疑问题的根源在哪里?里斯说:“黑暗领域的一些东西。”。“[要么]有趣的暗能量,要么有趣的暗物质。”


李对此表示赞同,并补充说,他怀疑我们对前者的不完全理解可能是哈勃望远镜张力的根源:“就暗物质本身而言,我们知道它就在那里,我们可以建立模型来预测星系的行为——旋转和类似的东西。但就暗能量而言,有太多的可能性,以至于没有一种确切的替代方案可以完全适用……我们对暗能量知之甚少,我们仍在发现和学习。”

宇宙星座卡白羊座 唯一治得住白羊的星座

白羊座是什么?白羊座是黄道十二宫的第一座宫殿,以白羊座为象征。它是太阳从南向北移动到春分点的区域。白羊座出生于每年3月21日至4月19日之间。它是十二星座中的第一个星座,代表着新生、自我、勇气和领导能力。它的领导者是火星,代表着勇气、行动和冲动,位于太阳系中的第四颗行星。白羊座的性格特征白羊座是一个充满活力、激情和冲动的星座。他们非常自信,总是充满激情和活力。他们的行动力很强,是十二星座中最热血的星座之一。他们果断勇敢,不怕冒险。这种勇气有时会让人觉得有点冲动,甚至鲁莽。白羊座很有动力。一旦你决定做某事,你会很快采取行动,不会考虑太多的后果。但是,如果这个决定是错误的,他们可能会因为过于冲动而受到惩罚。白羊座的人没有耐心。他们是十二星座中最不耐烦的星座之一。他们总是想尽快完成任务,追求速度和效率,往往忽略了一些细节。同时,白羊座的人很难控制自己的情绪,很容易生气。他们是性格中最令人兴奋的星座之一。这也是他们最大的缺点之一。白羊座的爱情观让白羊男爱到骨子里的星座白羊座的人在爱情中也很受欢迎和冲动。他们非常忠诚,真诚,追求自由而不受约束,易怒,但非常烟火。白羊座的人在爱情中非常热情,没有回报,所以很容易付出太多。在爱情中,他们喜欢主动追求,喜欢在约会中表达自己,而不是被动地接受。白羊座的人很有动力。如果他们在爱情中遇到障碍,他们很可能会冲进去打破障碍。因为他们总是勇往直前,追求速度和效率,在爱情中,他们希望顺利快速地实现自己的目标。白羊座的职业选择白羊座的人喜欢追求丰富多彩的生活,渴望探索未知的领域,有不屈不挠的毅力,非常适合创业。他们喜欢充分发挥自己的能力和想象力,所以他们非常适合设计、创意广告和其他职业。此外,白羊座的人善于向前看,适应性强,更适合销售和公共关系工作。白羊座的人性格活跃,更适合体育工作者、演员、音乐家等激动人心的职业。白羊座的人更适合那些需要冒险和创新的职业,因为他们喜欢探索未知领域,有开拓精神和创新能力。宇宙星座卡白羊座的结论白羊座是一个脾气暴躁、冲动的星座。他们有不屈不挠的毅力和热情,喜欢快速完成任务,实现目标。但有时他们的行动有点令人惊讶。他们需要始终注意自己的行动是否合理和冲动。如果你能控制自己的情绪和行动,充分发挥自己的优势,白羊座的人将成为自己领域的领导者。

地球上“美丽且充满生机”的“伤疤”——东非大裂谷

一个人的脸上如果有一道疤痕,TA必定会对其厌之又厌,因为人们会觉得这道疤痕会破坏那张完美的脸蛋。在意之甚,以至于心理扭曲都有可能。 可在我们的地球母亲的脸上,有一道长长的“伤疤”,它不是“丑陋”的代名词,而是一道“美丽且充满生机”的“伤疤”! 1.形成 如果从卫星上俯瞰东非大裂谷这个世界陆地最大断裂带,它真的犹如一道巨大的疤痕横列在东非草原上。 在地质构造运动中,地幔中的岩浆会往地面上涌,迫使部分地壳上隆,部分下陷,到一定程度之后就会发生断裂,大裂谷由此形成。 东非大裂谷确实是地球上最深的峡谷,最深处可以达2000米以上。许多人一定以为那里充满了险峻、幽暗,可这个深度是相较于海平面而言的,真正走到大裂谷地区的时候,你会发现这里充满了生机与活力。 2.生机 在大裂谷形成过程中,出现了很多火山。火山表面看起来脾气很暴烈,可是它却是地球生命形成最重要的因素之一。 火山喷发出的气体改变了地球的大气成分,创造了生命耐以生存的大气层。而喷发出来的火山灰富含各种微量元素,积淀之后就形成了肥沃的土壤,生命继而在这片沃土形成。 在大裂谷地区散落有很多火山、湖泊,裂谷的周边则是肥沃的草原。 有丰厚的水草自然就会有动物。在广阔的大裂谷草原上,生存着种群数量极大的野生动物:斑马、角马、野牛、羚羊,当然还有猎豹、大象、秃鹫等等。 可以说大裂谷地区集中了非洲最丰富的植物和动物资源,一幅美丽的地球生态画卷活灵活现的展现在人们眼前。 通过对大裂谷的考察,一些科学家提出最早的人类就出现在大裂谷地区,通过迁移走向世界各地。 当然这样的假定遭到了很多其他理论的挑战,比如说多地起源说。中国的科学家就提出人类的最初形成并不只在非洲一地,而是在很多地方不同时间出现。 毕竟如果人类最早在非洲形成,然后分布到世界各地,那么北京猿人属于最早一批人类的理论就站不住脚了。 3.新大陆 东非裂谷带正发生不断的延伸,最终非洲将分离出一个新的大路,已经是科学界不争的事实,只不过时间早晚而已。有人推测可能是在一千万年以后,有人觉得可能会更久,但每年这种变化无时不刻的都在发生着。 在埃塞俄比亚偶尔会发生地震,表面地层裂开,不断延伸着断裂带。 4.马拉松之乡 丰富的自然资源似乎并没有给当地的人民带来多大的财富,这里的人们生活十分贫苦。不过在大裂谷地区,尤其是在肯尼亚,人们找到了一种改变贫苦命运的方式:跑步。 在大裂谷地区,人们主要通过放牧获得经济来源,为了追逐适合的草原,当地的人民往往需要把牛羊驱赶到离家很远的地方,而过程中多是道路崎岖的山区。 为了能在日落前尽快赶回家里,长期以来这里的人们就炼成了极为娴熟的跑步技巧。 现在在大裂谷地区有专门的跑步学校,世界上很多知名的教练都来这里挑选选手。他们在跑步运动中也创造了奇迹:世界上最出色的马拉松选手中,有超过一半是肯尼亚人,其中的大多数又来自于大裂谷地区。 相较于一些哗众取宠的跑马拉松的人,大裂谷地区的人民把跑步当作是一种改变命运的机会,赌上了自己的未来。跑步对于他们来说是一种神圣的运动,他们真的是用生命在奔跑! 随机文章成语披荆斩棘的主人公是谁?披荆斩棘的故事简介多地惊现2017年巨大不明飞行物,空中盘旋30分钟后消失运20大型运输机数量猜测,未来100架造价20亿元小行星也会有卫星吗?小行星妊神星有两颗月亮海因里希概率安全法则,从55万起机械事故中得出的科学结论迷案在线 mazx.cn本站内容大多收集于互联网,内容仅供娱乐,并不代表本站观点,如果本站内容侵犯了您的权益,敬请联系网站管理员,我们将尽快回复您,谢谢合作!
>推荐阅读 >特别推荐 >火热推荐