一個被稱為Abell 2744系統的合成圖像星系團碰撞，被稱為潘多拉星團 。藍色是一張根據哈勃太空望遠鏡、甚大望遠鏡（VLT）和斯巴魯望遠鏡的數據顯示總質量濃度（主要是暗物質）的地圖 。來源：美國國家航空航天局
據《大眾科學》（湯姆·霍金）：自20世紀初以來 ， 我們就知道宇宙在膨脹 。然而，它究竟以多快的速度擴張，仍然是一個棘手的問題 。到目前為止，我們對宇宙的理論理解預測的膨脹率比我們根據實際觀測計算的速度慢約8% 。這種差異被稱為哈勃張力，其背后的原因是物理學中一個懸而未決的重大問題 。
最明顯的潛在解釋是我們的測量不準確 。然而 ， 12月9日發表在《天體物理學雜志》上的一篇新論文通過將哈勃太空望遠鏡的數據與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的新觀測結果進行交叉檢查，進一步驗證了我們現有的觀測結果，并發現兩者幾乎完全一致 。
什么是哈勃常數，我們如何測量它？
宇宙膨脹的速率表示為哈勃常數 ， 通?？s寫為“H0” 。我們宇宙的一個怪癖是，它的膨脹率隨著距離而變化——物體離我們越遠，它離我們的速度就越快 。為了反映這一事實，常數以千米每秒每兆秒差距（km/s/Mpc）為單位表示，兆秒差距是一個相當于大約30萬光年的距離單位 。
我們對宇宙最好的理論模型，λ/冷暗物質模型（“∧CDM”） ， 預測H0的值為67-68 km/s/Mpc 。然而，我們的觀測結果顯示H0約為73 km/s/Mpc 。那么，發生了什么事？
為了理解這一點 ， 我們首先需要了解H0是如何測量的 。科學家們通過研究遙遠的物體——恒星、星系、超新星——并計算出a）它們有多遠，b）它們離我們有多快 。
攀登宇宙距離階梯
第一步是能夠計算出遙遠物體離我們有多遠，而計算宇宙距離很少是一項簡單的任務 。正如該論文的合著者之一李思揚悲傷地說：“我們的很多工作都涉及到測量星系的距離，這是天文學中非常困難的事情之一 ?！?br>李解釋說，為了進行這些計算，天文學家使用所謂的“宇宙距離階梯” 。階梯從距離地球約1000秒差距內的物體開始，我們可以用簡單的三角法計算它們的距離 。李說，對于更遙遠的物體，“我們真的需要兩條信息 。一條是視星等：這顆恒星在地球上看起來有多亮？另一條是這顆恒星的固有亮度：它的固有亮度是多少？”
這兩個值之間的差異是距離的函數：物體離得越遠，它看起來就越暗 。（想象一下，從燈發出的光線球體在擴大；如果你靠近燈 ， 許多光線會到達你，但隨著你越來越遠 ， 越來越多的光線會錯過你 。）這兩個數值與物體的距離之間有一個相對簡單的關系，所以如果我們有兩條這樣的信息，我們可以計算第三條 。
這很有用，因為有一些類別的物體——被稱為“標準燭光”——都有相同的固有光度 。（例子包括1a型超新星，沿著一類被稱為造父變星的恒星 。）一旦我們確定了一類標準燭光的固有光度——一個被稱為校準的過程——我們就可以利用這些信息計算出與距離太遠而無法直接計算的類似物體的距離 。然后，可以對另一類標準蠟燭重復該過程 。
一旦我們知道一個物體有多遠，我們需要的第二條信息就是它離我們有多快 。隨著宇宙的膨脹，來自這些物體的光到達我們的時間越來越長，它的波長被它所穿越的不斷膨脹的時空拉伸 。這種現象被稱為“紅移”，如果我們能計算出給定物體的光紅移了多少，我們就可以計算出物體遠離我們的速度 。
計算哈勃常數
一旦我們掌握了這兩條信息，哈勃常數的實際確定就相當簡單：速度和距離由方程v=H0d聯系起來，其中v是速度，d是距離，H0是哈勃常數 。
如果我們對大量遙遠的物體進行這種測量 ， 我們可以將哈勃常數定為一個更精確的值 。當然，要做到這一點 ， 測量結果的正確性至關重要 。我們關于遙遠天體的大部分信息來自哈勃太空望遠鏡，該望遠鏡花了幾十年的時間積累數據，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射為交叉檢查這些數據提供了一個受歡迎的機會 。
這也為研究開辟了新的可能性，正如該論文的主要作者、2011年諾貝爾物理學獎獲得者亞當·里斯（Adam Riess）對哈勃張力的研究所解釋的那樣：“JWST在近紅外波段具有更好的分辨率和靈敏度 。哈勃在較藍的波長上表現更好 。哈勃最大的優勢是它在那里的時間更長，因此擁有更多的數據，[但]一旦JWST有足夠的數據 ， 它可能會超過哈勃——或者它們可能會被聯合用于研究[哈勃]張力 。”
目前，JWST的結果與現有數據幾乎完全相關，提供了更有力的證據，證明問題不在于我們測量的準確性 。里斯說，在這種情況下，問題可能在于理論 。他說：“如果不能發現測量中的缺陷 ， 模型中出現缺陷的可能性就會越來越大 ?！?br>什么是∧CDM模型，為什么它預測了不同的哈勃常數？
顧名思義，∧CDM模型基于兩個基本概念：宇宙常數（用希臘字母“∧”表示）和冷暗物質的存在 。宇宙常數表示空間本身的內在能量，即目前估計約占宇宙能量68%的神秘“暗能量” 。與此同時，“冷暗物質”代表了我們對同樣難以捉摸的暗物質的最佳理解，暗物質占宇宙能量的27% 。（構成恒星、行星和人類的普通老物質只占區區5% 。）
暗能量和暗物質的概念不是任意的——暗物質的存在可以從它對星系自轉的影響中推斷出來，暗能量是宇宙持續膨脹所必需的 ?！腃DM模型中的版本反映了這些事實，也與我們對宇宙微波背景的觀測相關聯，宇宙微波背景是大爆炸的剩余輻射 。
Riess說：“基本上 ， ∧CDM預測了大爆炸后宇宙中物質/溫度波動的物理大小 。CMB用于測量這些波動的角度大小，并將兩者進行比較，從而校準哈勃常數 。”
然而 ， 很明顯，哈勃望遠鏡張力持續存在的問題表明，有些事情是不對的 。里斯或李是否懷疑問題的根源在哪里？里斯說：“黑暗領域的一些東西 ?！??！癧要么]有趣的暗能量，要么有趣的暗物質 ?！?br>李對此表示贊同，并補充說 ， 他懷疑我們對前者的不完全理解可能是哈勃望遠鏡張力的根源：“就暗物質本身而言，我們知道它就在那里，我們可以建立模型來預測星系的行為——旋轉和類似的東西 。但就暗能量而言，有太多的可能性，以至于沒有一種確切的替代方案可以完全適用……我們對暗能量知之甚少，我們仍在發現和學習 。”

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