根據天文學家觀察的位置，宇宙的膨脹遵循兩種不同的速度。對宇宙微波背景輻射的觀測表明，其速度為每兆秒差距每秒 67 公里。利用超新星和變星對附近星系的研究達到了每秒每兆秒差距 73 公里。
這種差異並不是一個簡單的錯誤。兩種測量均準確、可重複且在各自的方法中保持一致。這場衝突已經持續多年，無法透過最先進的儀器進行日益複雜的觀測。科學家稱之為哈伯張力——當前宇宙學中最大的謎團之一。
什麼是哈伯常數
哈伯常數 (H₀) 透過距離和速度的關係來測量宇宙的膨脹速度。自從大約 138 億年前的大爆炸以來，宇宙一直在不斷膨脹。準確確定該比率對於理解以下內容至關重要：
- 宇宙的確切年齡
- 可觀測宇宙的總大小
- 星系和時空的結構
- 宇宙擴張的最終目的地
準確測量 H₀ 有助於重建整個膨脹歷史並預測宇宙的發展方向。當不同的技術產生不相容的結果時，就表示存在根本性的錯誤——無論是在觀察結果中還是在解釋它們的理論中。
迄今為止最準確的測量
一組研究人員最近提出了對宇宙膨脹最準確的分析之一。該團隊採用了完全獨立於傳統方法的方法，大大減少了多次連續測量後出現的系統誤差的累積。
使用的技術之一是基於引力透鏡的延時宇宙學。當一個巨大的星系彎曲遠處物體的光線時，就會產生多個影像。這些影像之間的時間變化使得可以以極高的幾何和物理精度計算距離。這種方法之所以有效，是因為它直接遵循廣義相對論，最大限度地減少了中間解釋。
研究人員將詹姆斯韋伯太空望遠鏡和凱克等地面天文台的數據結合起來。對恆星動力學和空間幾何的同時分析證實，在局部宇宙中觀察到的快速膨脹是真實的。它不僅僅是一個觀測偽影或儀器校準問題——這種現像是存在的並且是可測量的。
差異揭示了什麼
確認這種雙重膨脹的真實性得出了一個令人不安的結論：標準宇宙學模型是不完整的。幾十年來，這個模型在描述宇宙的起源、結構和演化方面取得了巨大的成功。現在它面臨著一個缺陷，可能表明在大爆炸後的最初時刻存在著未知的物理過程。
如果測量確實正確，那麼目前的宇宙學描述中就缺少一些基本的東西。這為新物理學鋪平了道路——它解釋了為什麼局部宇宙的膨脹速度比根據已知定律應有的速度要快。這種情況讓宇宙學家興奮不已，因為發現理論差距代表著擴展人類知識的歷史性機會。
可能的科學解釋
研究人員研究了兩個主要假設來解決哈伯張力。第一個提出了原始暗能量的存在，這是一種奇特的能量形式，會在大爆炸後不久推動加速膨脹。這初始波將改變宇宙隨後的整個演化，留下我們今天觀察到的痕跡，即古代和現代膨脹率測量之間的差異。
第二種可能性顯示存在尚未被發現的新亞原子粒子。如果早期宇宙包含額外的、看不見的成分，它們的相互作用就會改變全球擴張的速度。這將迫使物理學家大幅擴展理論範圍，超越目前描述所有已知粒子和力的標準模型。
這兩種解釋都有一些共同點：它們都指向以前從未觀察到或預測過的全新現象。其中任何一個如果得到證實，都將深刻改變對宇宙最深處如何運作的科學理解。
前進的道路
解決哈伯張力對專家來說並不是一個技術細節。它代表了科學發現的獨特機會，可能引發一場堪比 20 世紀物理學偉大變革的概念革命。觀察不斷改進測量，新技術不斷出現。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡為最近的研究提供了數據，有望進行更深入的觀測。未來的地面望遠鏡將提高附近星系的測量精度。隨著不確定性的減少，哈伯的緊張局勢並沒有消失，反而加劇，需要國際科學機構做出真正創新的理論回應。
對天文學界來說，這個訊息很明確：在對宇宙的描述中，我們遺漏了一些基本的東西。下一個十年可能會揭示我們一直需要什麼新的物理學。