宇宙膨胀速度，为何比预测的要快？科学家：可能存在未知成分

在20世纪初，美国科学家伽莫夫提出了大爆炸理论，从科学假设的角度解释了宇宙的诞生和发展。后来，美国天文学家哈勃在观测河外星系时，发现了从遥远星系发出的光线，在到达地球后都有向红端移动的现象，说明遥远星系正在与地球越来越远，从而从科学观测的角度，印证了宇宙大爆炸理论。

在此基础上，哈勃又通过大量的观测，提出了哈勃定律，即空间膨胀速率与星系距离成正线性相关，二者的比率被定义为哈勃常数。为了测量这个哈勃常数，长期以来科学家们利用各种方法进行了尝试，得到的结果都不尽一致。

2015年，科学家利用欧洲空间局发射的普朗克探测卫星，测量了宇宙微波背景辐射，这是宇宙在大爆炸38万年后形成的微弱辉光，揭示了物质和能量在早期宇宙中的分布规律，在此基础上测算出哈勃常数值为67.74 0.46 km/s/Mpc，即在距离地球每百万秒差距（326万光年）的区域，其与地球的径向退行速度为67.74 0.46公里/秒。目前学术界普遍公认和采用的哈勃的数值，就是利用普朗克卫星根据宇宙微波背景辐射得出的这个结果。

不过，计算哈勃常数还有另外一套算法，即通过哈勃定律“简单粗暴”地计算。近年来，不少科学家通过哈勃望远镜，通过观测造父变星的方法，利用宇宙距离阶梯，实现了对遥远星系与地球之间距离的测量。因为在测量或者预测哈勃常数时，目标星系与观测者之间的距离是最基础的条件，只有知道了目标星系的距离，然后再根据星系发出的光线在到达地球后，所产生的红移量，才能计算出哈勃常数。

为什么科学家们热衷于观测造父变星呢？原因就在于造父变星有着一个非常明显的规律，那就是其亮度越大，其亮度的变化周期也就越大，不同的造父变星，它们的亮度周期，短的几天，长的可达数月。通过观测造父变星的视星等，就能计算得出造父变星的距离。长期以来，衡量银河系内部和系外恒星的距离，科学家们应用最多的就是造父变星，因此它们也被称为宇宙中的标准“烛光”。

如果对一系列由不同类型、不同距离的恒星进行测量，那么就会组成一个数据“矩阵”，据此可以构建所谓的宇宙距离阶梯。不过，如果所要观测的目标星系距离地球太过遥远，比如超过100亿光年，那么应用造父变星同样显得力不从心，这个时候就需要利用一种比造父变星更为明亮的天体-Ia型超新星，由于Ia型超新星比造父变星更加明亮，所以我们可以在地球上看到更遥远的星系，因此，Ia型超新星被科学家们称为“升级版”的标准烛光。

不少科研团队利用宇宙距离阶梯方法，近些年来对哈勃常数进行了诸多精密测量，比较有代表性的是霍普金斯大学空间望远镜科学学院Riess教授领导的团队，通过测量大麦哲伦星云70颗造父变星，测算了它们与地球之间的距离，于2019年得出的哈勃常数值为73.45 1.66km/s/Mpc，这个数值要比普朗克卫星观测到的快了大约8%。

又比如，芝加哥大学的温迪·弗里德曼教授领导的团队，另辟蹊径，通过观测一组特定的红巨星，测得的哈勃常数值为69.8 km/s/Mpc，这个数值也要比普朗克卫星观测的数值要大一些。那么，为什么通过应用宇宙微波背景辐射与利用宇宙距离阶梯两种方法，得出的哈勃常数也就是宇宙膨胀速率数值会有这么大的差距呢？

从测量的过程来看，两种方法都没有什么问题，普朗克卫星是基于早期宇宙理论，是对早期宇宙膨胀速率的一种预测；而利用哈勃太空望远镜进行的宇宙距离阶梯计算法，测量的是现在宇宙的膨胀速率。两者之间出现差异，应该不是巧合（毕竟多次测量结果都是如此），或许是在宇宙膨胀的历史进程中，连接过去与现在两个不同时期的宇宙学模型，中间出现了遗漏。

那么，现在的宇宙学模型中，究竟是什么东西被我们遗漏了呢？科学们提出了推测，其中有两个观点得到的认可度较高。其中之一是“早期暗能量”理论，138亿年前的宇宙大爆炸，将所有物质扩散到整个宇宙空间，然后开始进行初始期的膨胀。而在大爆炸之后，这些“早期暗能量”也进行了数次的爆发，推动宇宙空间膨胀的驱动力进一步增强，所以后期宇宙空间呈现出加速膨胀态势。

第二个观点是在宇宙中，存在着一种或者多种我们尚未认知的亚原子粒子，这种粒子可能来源于核聚变反应，也可能来源于物质的放射性衰变，其运动速度近乎光速，由这种亚原子粒子所带来的辐射被称为“暗辐射”，在这种“暗辐射”的推动下，也加速了宇宙空间膨胀，使得普朗克卫星与哈勃太空望远镜针对哈勃常数的观测值出现了差异。

当然以上的观点还都是猜测，哈勃定律自从提出以后，围绕哈勃常数具体数值的争论就一直没有停止过，现在观测到的宇宙加速膨胀的真正原因，还得需要科学家们的长期观测、研究和论证，才能为我们解开谜团，这或许就是宇宙留给我们的神秘面纱，当然也是天文探测的魅力所在吧！