客观世界统一的基本特性、运动规律(15)

(接(14))

9%的哈勃常数差异，时间相差10亿年!我们对宇宙的认识错了吗?

    奇星坊2019-07-11(红字是本博主所给的注解)

    在天文学中，很少有参数能像哈勃常数那样会让天文学家感到不安。事实上，自从哈勃常数提出90年来，天文学家一直在争论这个常数的数值，而且理由很充分。

    上个世纪20年代末，天文学家埃德温·哈勃研究宇宙中的星系光谱时发现，除了少数邻近星系之外，其他星系的退行速度(v)(实际上，是由星系光谱的红移量确定)与距离(D)成正比(其实，星系光谱的红移量随距离的变化是双曲线第2象限与第4象限，连续不断交替的曲线，只是在第2象限初始阶段和第4象限末尾阶段，才近似直线，与距离(D)成正比)，其比例常数后来被称为哈勃常数(H0)，这个定律就是著名的哈勃定律:v=H0·D。哈勃常数能够告诉天文学家很多重要的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀率和年龄(由于把星系光谱的红移量随距离的变化只是在第2象限初始阶段近似直线，与距离(D)成正比的结果错误地用于全部区域，就造成有关错误)。

   如果天文学家能够非常精确地测量这个常数，这样就离解决一些重大天文谜团又近了一步(但是，由于把星系光谱的红移量随距离变化的局部近似扩展用于全部而造成错误)。但有一个问题很关键，天文学家无法精确测量出哈勃常数，不同方法的测量结果并不一致(正是，由于把星系光谱的红移量随距离变化的局部近似扩展用于全部而造成错误的结果)。

    在2019年，由约翰霍普金斯大学的天文学家Adam Riess主导的SH0ES合作项目(超新星H0状态方程)对哈勃常数进行了迄今为止最精确的测量。不过，他们的测量数值比天文学界普遍接受的要高出9%(不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离变化的局部近似，必然的差别)。

    9%的差异不太可能是因而纯粹的统计错误所致，因为这种概率只有只有十万分之一。由此就引发了一个问题:到底谁是对的? (不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离变化的局部近似，必然的差别，都是正确的)。

    根据哈勃定律，哈勃常数的倒数表示最初星系的退行时间。因此，宇宙的年龄与哈勃常数的倒数呈正相关(只是在星系光谱的红移量随距离的变化第2象限初始阶段近似成立)。因此，如果哈勃常数偏高9%，它所预测的宇宙年龄将会年轻大约10亿年。

    事实上，关于哈勃常数的分歧历来就有。当哈勃在1929年发表他对宇宙膨胀(只是星系光谱的红移量随距离的变化的双曲线在第2象限初始阶段近似直线，与距离(D)成正比，并非宇宙膨胀)的测量时，他对膨胀部分的测量是正确的。然而，哈勃预测的膨胀速度(只是哈勃常数，并非膨胀速度)是目前普遍接受的7倍(不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离变化的局部近似，必然的差别，都是正确的)。近一个世纪过去了，围绕哈勃常数的争论还在继续。

    近年来，天文学家对哈勃常数的测量精度比以往有了更大的提升，不确定性可以小到1%到2%。但随着测量方法的改进，过去无关紧要的细微差异变得显著起来。

     目前，天文学家普遍接受的哈勃常数为67.4(千米/秒)/百万秒差距，这意味着距离地球1000万秒差距(3260万光年)的星系正以674千米/秒的速度(只是哈勃常数，并非远离速度)远离我们。然而，SH0ES团队报告的数值为74.03(千米/秒)/百万秒差距(不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离变化的局部近似，必然的差别，都是正确的)。这种差异足以让许多天文学家怀疑，我们对宇宙的了解是否正如我们想象中的那样好(只是，由于把局部近似扩展用于全部而造成错误的结果)。

两个不同的数值是通过不同的方法测量出来的。第一种方法是利用普朗克卫星测量宇宙微波背景辐射，这会告诉天文学家宇宙在大爆炸(没有“宇宙大爆炸”)后38万年(应是距今138亿年前38万年)的膨胀速度(只是哈勃常数，并非膨胀速度)。由此，天文学家能够预测宇宙在130亿年后的今天应该会以多快的速度膨胀(这是，由于把星系光谱的红移量随距离的变化局部近似扩展用于全部而造成错误的结果)。

    另一方面，SH0ES团队观测更年轻的天体，比如亮度不断变化的变星和超新星。首先，天文学家计算出这些天体的距离。然后，再利用多普勒频移计算出这些天体的运动速度(只是哈勃常数，并非膨胀速度)。结合天体的距离和速度(与速度无关)，就能够测量出哈勃常数。

    原则上，这两种不同的方法应该会得到相同的哈勃常数(不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离的变化局部近似，必然的差别，都是正确的)。事实上，天文学家并没有如常所愿。SH0ES团队认为，这种差异是因为从宇宙微波背景辐射中预测哈勃常数的宇宙模型存在轻微缺陷。宇宙的膨胀速率并非均匀的，在过去上百亿年里发生了一些变化(只是，不同长度、不同区段，星系光谱的红移量随距离的变化局部近似，必然的差别，根本没有宇宙的膨胀，也与速率无关)。

    解决这种差异的一种方法是收集更多的度量数据进行比较，这是天文学家目前正在努力的方向。天文学家组成了一个名为H0LiCOW的合作团队，他们研究来自遥远类星体的光在巨大星系团周围的弯曲，以第三种方法测量哈勃常数。

    结果表明，H0LiCOW团队得到的答案和SH0ES团队一样。需要注意的是，这两种方法彼此没有任何关系，所以测量结果可能是比较可靠的。(但是，如果不纠正把星系光谱的红移量随距离的变化局部近似扩展用于全部而造成的错误，就仍然不能解决有关的矛盾问题)

    此外，LIGO和VIRGO团队正试图用另一种方法测量哈勃常数——引力波(根本没有引力波，LIGO和VIRGO团队所宣称测得的既不是引力波也不是2个黑洞或黑洞与中子星合并必然产生`的大量频率并经显著红移的光波)。引力波团队的早期测量结果约为70(千米/秒)/百万秒差距，这正好处于SH0ES和普朗克估计值之间。不过，引力波方法的测量值具有更大的不确定性(本身就是错误的怎能解决有关的矛盾问题)。

    因此，究竟谁对谁错还有待观察。但在一些天文学家看来，另一个问题是，这种差异是否只是人类的错误。不管怎样，整个宇宙历史上9%的差异并不能说明天文学家对宇宙的基本理解是错误的，只是还存在一些问题(这是，由于把星系光谱的红移量随距离变化的局部近似扩展用于全部而造成错误的结果)。

根据已观测接收到137亿年前 传送来的某一已知光频率的红移量数据，求得，其红移量随其传送时间或距离是双曲线第2象限的一支，只是在时间较短的一段才近似于直线,而扩展为整个红移量变化规律为所谓“哈勃定律”(都普勒效应也是其频率相对改变量与其传送时间是双曲线的一支，只是在时间较短的一段才近似于直线。),就具体、确切地表明：

  仅按一小段观测推论得出的所谓“宇宙膨胀”就已经是错误的，更以观测到远处星体传来的红移量显著大于所谓“哈勃定律”推算的数值，而更加错误地认为：所谓“宇宙加速膨胀”，乃至更加错误地推论得出宇宙远处的膨胀速度“都远远超过了光速”，并由此推断：所谓“反引力的’暗能量 ’”就更是错误的。

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(未完待续)