解释哈勃常数值差异的新假设：“我们都活在一个巨大气泡里”

科学界中有一个困扰了科学家很久的难题：宇宙的膨胀速度到底是多少?

为了解决这个问题，一位来自日内瓦大学(UNIGE)的理论物理学家提出了一个解说：地球、太阳系、整个银河系以及离我们最近的几千个星系都在一个直径2.5亿光年的巨大“气泡”中运动，这个气泡中的平均物质密度只有宇宙其余部分的一半。

到目前为止，至少有两种独立的计算方法得出了两个相差约10%的宇宙膨胀速率值，它们之间的偏差在统计上是不可调和的。但这项发表在《物理快报B》(Physics Letters B)杂志上的新方法在没有使用任何“新物理”的情况下就消除了这种差异。

自从138亿年前的宇宙大爆炸以来，宇宙就一直在膨胀。这个观点由比利时教会和物理学家Georges Lemaitre(乔治·勒梅特，1894-1966)首次提出，后来由Edwin Hubble(埃德温·哈勃，1889-1953)首次证实。在1929年，美国天文学家发现，每个星系都正在离我们越来越远，距离最远的星系移动速度最快。这表明，在过去有一段时间，所有的星系都位于同一地点，而这个时间只能与宇宙大爆炸相对应。这项研究产生了哈勃-勒梅特定律，以及表示宇宙膨胀率的哈勃常数(H0)。目前对H0的最佳估计大约是70公里/秒(km/s)/Mpc(这意味着每隔326万光年，宇宙的膨胀速度就会增加70公里/秒)，但问题是哈勃常数有两种相互矛盾的计算方法。

零星的超新星

第一种计算方法是基于宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射是来自宇宙四面八方的微波辐射，这些辐射在宇宙冷却到足以让光自由通行的时候(大爆炸后约37万年)被发射出来。利用普朗克太空任务提供的精确数据，并考虑到宇宙是同质和各向同性的事实，用爱因斯坦的广义相对论计算出H0的值为67.4。而第二种计算方法是基于偶尔出现在遥远星系中的超新星。这些非常明亮的宇宙事件为观测者提供了高度精确的距离，这种方法确定H0的值为74。

UNIGE科学院理论物理系的教授Lucas Lombriser解释说：“多年来，这两个值一直在变得越来越精确，但同时两者之间又保持着一定的差异。没过多久，这两个数值就引发了一场科学上的争论，甚至让我们感到非常兴奋，因为我们觉得我们可能正在研究一种‘新的物理学’。”为了缩小这两个值之间的差距，Lombriser教授提出了这样一个观点：宇宙并不像此前所声称的那样是同质的，这个假设在相对较小的宇宙范围内似乎是显而易见的。毫无疑问，物质在星系内的分布与在星系外是不同的。然而，对于比星系大几千倍的体积，我们很难想象其物质平均密度的波动。

“哈勃气泡”

Lombriser教授继续说：“如果我们处在一个巨大‘气泡’当中，并且气泡中的物质密度明显低于整个宇宙的已知密度的话，那么这将对超新星的距离产生影响，并最终决定H0的大小。”

所有这一切都将需要一个足够大的“哈勃气泡”，大到要包含作为测量距离参考的星系。通过假设一个直径为2.5亿光年的气泡，物理学家计算得出，如果气泡内部物质的密度比宇宙其余部分的密度低50%，哈勃常数就会得到一个新的数值，而这个数值与使用宇宙微波背景计算得出的值相一致。Lombriser教授说：“在这个尺度范围内出现这种波动的概率是1 / 20到1 / 5，这意味着它不仅仅只是理论家的假设。与我们相似的地方在浩瀚的宇宙中还有很多。”