环球Tech是什么加速了宇宙的膨胀？

北京时间5月7日消息，物理学家提出，宇宙中存在着额外的成分，这或许可以解释宇宙的膨胀速度为什么比预期的要快。宇宙膨胀的速度比科学家预测的快得多，这是宇宙学中最难以解释的异常现象之一。根据对宇宙大爆炸后不久后释放的辐射（宇宙微波背景辐射）进行测量，物理学家预测了宇宙的膨胀速率，即所谓的哈勃常数。

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宇宙膨胀的速度比科学家预测的快得多，这是宇宙学中最难以解释的异常现象之一，也被称为“哈勃冲突”
这些辐射揭示了早期宇宙的精确成分。宇宙学家将这些成分代入宇宙演化模型中，并将模型向前运行，以观察今天的宇宙空间应该以多快的速度膨胀。
然而，模型预测的结果并不准确：在对脉动变星和爆发的超新星等天体进行观察时，宇宙学家看到的是一个加快膨胀的宇宙，其哈勃常数也更大。

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哈佛大学的粒子物理学家和宇宙学家丽莎·兰德尔（Lisa Randall）提出了解释加速宇宙膨胀的理论
这种被称为“哈勃冲突”（Hubble tension）的现象一直存在，即使所有的测量手段都变得越来越精确。一些天体物理学家仍在争论这一差异是否只是测量误差。但可以确定的是，如果这种差异真实存在，那就意味着宇宙学家的宇宙模型中缺少某些东西。
近年来，理论物理学家一直在推测新的宇宙成分，这些成分一旦加入标准模型，就可以导致宇宙的膨胀速率加快，使其与观测值相符。
“发现异常是科学进步的根本途径， ”哈佛大学的宇宙学家阿维·勒布（Avi Loeb）说道。他是数十位试图解决“哈勃冲突”的研究者之一。接下来，就让我们来了解一下解释宇宙加速膨胀的一些最重要的理论。
衰变的暗物质
宇宙学的标准模型包含了所有我们熟悉的物质和辐射形式，以及它们之间的相互作用；它还包括被称为暗能量和暗物质的不可见物质，二者加起来构成了96%的宇宙。由于人们对这些黑暗部分知之甚少，因此它们可能是修改标准模型时最容易想到的地方。 “这就是可以任你改变宇宙膨胀速率的部分， ”阿维·勒布说道。
标准模型假设暗物质由不与光相互作用的缓慢粒子组成，但如果我们也假设，暗物质并非由单一物质构成的呢？我们已经发现了许多不同种类的可见粒子——夸克、电子等等——因此可能也存在着多种暗粒子。
在2019年发表在《物理评论D》（Physical Review D）上的一篇论文中，阿维·勒布和两位合作者提出了一种暗物质形式，能衰变为一种较轻的粒子和一种无质量的粒子，即暗光子。他们推断，随着时间的推移，越来越多的暗物质衰变，导致其引力减弱，从而使宇宙加速膨胀。于是， “哈勃冲突”便迎刃而解。
然而，对标准宇宙学模型进行这样的小改动可能会产生不必要的连锁反应。美国约翰·霍普金斯大学的理论物理学家马克·卡米奥科夫斯基（Marc Kamionkowski）说：“提出各种各样的微小修改很容易，但如果不破坏模型与其他大量天文观测结果的完美契合，就很难做到这些。 ”
通过改变暗物质的衰变速率和每次衰变的量，勒布和同事最终确定了一个暗物质衰变的模型。他们表示，该模型仍然与其他天文观测结果一致。 “如果你把这个成分加入到标准的宇宙学模型中，一切都能很好地结合在一起， ”勒布说道。
不过，勒布仍然不大满意暗物质衰变理论，部分原因是该理论在方程中引入了两个新的不确定量。他说：“在这种情况下，你是通过添加两个自由参数来解决一个差异，我对此感到不安。 ”他将衰变的暗物质比作托勒密地球中心宇宙体系中的本轮， “我宁愿用一个参数来解释两个差异” 。