我們不斷擴大的宇宙中有些問題。
大約一個世紀以前，天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）發現了宇宙的氣球般的通脹，以及所有星系的加速沖動彼此之間。隨著時間的流逝，這種擴張後，我們目前對一切開始的最佳理解 - 大霹靂。
但是在過去的十年中，這張照片中有一個令人震驚的孔：取決於天文學家的外觀，宇宙的膨脹速率（一個稱為稱為的值哈勃常數）差異很大。
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現在，在其發射二週年紀念日詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（（JWST）以驚人的精確新觀察結果鞏固了差異，這有可能使宇宙學的標準模型顛覆。
現在，修改甚至取代40年曆史的理論所需的新物理學現在是一個辯論的話題。
“這是一個分歧，必須使我們懷疑我們是否確實了解宇宙和宇宙的物理學的組成，”亞當·里斯（Adam Riess）約翰·霍普金斯大學（Johns Hopkins University）的天文學教授，領導了進行新的JWST測量的團隊，他告訴Live Science。 Reiss，Saul Perlmutter和Brian P. Schmidt贏得了2011年諾貝爾物理獎1998年發現暗能量，宇宙加速擴張背後的神秘力量。
從爆炸開始
在這麼多的宇宙學家可以同意：它始於爆炸。
然後瞬間形成了年輕的宇宙：物質和反物質顆粒的膨脹，流血的等離子體肉湯存在，僅在接觸時彼此消滅。
剩下自己的設備，此血漿泥漿內的物質和反物質應該完全消耗掉。但是科學家認為有些未知的失衡啟用比反物質更多的物質產生，使宇宙免於立即的自我毀滅。
重力壓縮了血漿袋，擠壓和加熱物質，以使聲波在光速的一半上傳播，稱為baryon聲振盪，在其表面上蕩蕩。
同時，早期宇宙擁擠的內容的高能量密度延伸了時空，從競爭中安全地拉出了一小部分。
當宇宙像氣球一樣膨脹時，標準故事就會出現，普通物質（與光相互作用）凝結在一團無形的暗物質上，以創建第一個星系，並通過廣闊的宇宙網絡連接在一起。
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最初，隨著宇宙的內容分散，其能量密度及其膨脹率下降。但是，大約50億年前，星系開始以不斷努力的速度再次退縮。
根據這張照片，原因是另一個被稱為黑能的無形和神秘的實體。
最簡單，最受歡迎的暗能解釋是它是一個宇宙常數- 通貨膨脹能量，到處都是相同的；編織成時空的拉伸結構。愛因斯坦在他的一般相對論理論中將其命名為lambda。
隨著我們的宇宙的增長，其整體物質密度下降，而深色能量密度保持不變，從而逐漸使後者成為其整體擴張的最大貢獻者。
將普通物質，暗物質，暗能量和來自光的能量的能量密度加在一起，設定了宇宙膨脹的上限。它們也是Lambda冷暗物質（Lambda-CDM）宇宙學模型中的關鍵要素，它繪製了宇宙的生長並預測其終結 - 隨著物質最終散佈如此稀薄，它經歷了稱為Big Freeze的熱死亡。
該模型的許多預測已被證明是高度準確的，但是這是問題開始的地方：儘管進行了很多搜索，但天文學家不知道什麼是暗物質或暗能量。
“大多數人都同意，宇宙的現在成分是普通的，原子質的5％；冷25％，暗物質；和70％的深色能量，”我提供拉哈夫倫敦大學學院的天文學教授，參與了黑暗能源的銀河系調查，他告訴了Live Science。 “令人尷尬的事實是，我們不了解他們的最後兩個。”
但是，對lambda-CDM的更大威脅已經實現：根據天體物理學家的使用方法，宇宙似乎以不同的速度增長 - 一種被稱為哈勃張力的差異。凝視到早期宇宙的方法顯示，它的擴展速度明顯快於Lambda-CDM預測。這些方法已通過無數觀察結果進行了審查和驗證。
里斯說：“因此，在這一點上，我能理解的唯一原因是他們不同意的是我們之間的模型可能缺少某些東西。”
爬上宇宙梯子
測量宇宙的擴展需要多一點雷達日。
衡量這種增長的第一種方法是，所謂的宇宙微波背景（CMB），這是宇宙第一光的遺物，在大爆炸後僅380,000年就產生了。可以在整個天空中看到烙印，這是映射以找到不到1％不確定性的哈勃常數由歐洲航天局2009年至2013年之間的（ESA）Planck衛星。
在這個宇宙的“嬰兒圖片”中，宇宙幾乎完全均勻，但是物質或多或少濃密地揭示了baryon聲學振盪使其團結起來的地方。隨著宇宙向外爆炸，這種肥皂泡的結構散落在宇宙網絡中 - 沿著其相交星系的縱橫交錯的網絡將誕生。
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通過使用普朗克衛星研究這些漣漪，宇宙學家推斷了常規物質的數量和暗物質以及宇宙常數或暗能量的價值。將它們插入LAMBDA-CDM型號吐出大約每百萬次光年的哈勃常數約為46,200 mph，或每秒大約每秒67公里。 （Megaparsec是326萬光年。）
讓我們暫停這個數字：如果銀河系距離我們有一個兆帕的距離，則意味著它將以每秒67公里的速度從我們（和我們）撤退。在二十兆帕省，這種經濟衰退每秒增加到1,340公里，並繼續在那裡成倍增長。如果銀河系超過4,475兆帕，它將退出我們比光速快。
找到這種膨脹速率的第二種方法使用稱為頭孢蟲變量的脈動星 - 垂死的恆星具有氦氣 - 氣體外層，它們在吸收並釋放恆星的輻射時生長和收縮，使其像遠處的信號燈一樣閃爍。
1912年，天文學家亨利埃塔·斯旺·利維特（Henrietta Swan Leavitt）發現，頭球的亮度越大，它會閃爍的速度較慢，使天文學家能夠測量一顆恆星的絕對亮度，因此可以衡量其距離。
這是一個具有里程碑意義的發現，它將頭孢蟲變成了豐富的“標準蠟燭”，以測量宇宙的巨大規模。通過將脈動頭蟲的觀測串在一起，天文學家可以構造宇宙距離梯子，每個梯級都使他們回到了過去。
“這是天文學家今天最準確的手段之一，以衡量距離，”溫迪·弗里德曼（Wendy Freedman），芝加哥大學的天體物理學家告訴《現場科學》。
為了構建一個距離梯子，天文學家通過選擇附近的頭孢蟲和基於脈動光的距離進行交叉檢查距離，從而構建了第一個梯級。僅使用CepheID讀數添加下一個梯級。
然後，天文學家查看每個梯級上恆星和超新星的距離，並比較隨著宇宙的擴展，它們的光線被紅移了多少（延伸到更長的紅色波長）。
這給出了哈勃常數的精確度量。在2019年，該方法由Riess使用和他的合作者，他訓練了哈勃太空望遠鏡在其中之一銀河系最接近的鄰居，大麥芽雲。
他們的結果是爆炸性的：與普朗克測量值相比，高度高74 km/s/mpc。
然而，哈勃缺乏對團隊學習的太空地區的必要精度，導致一些遙遠的頭皮模糊到鄰近的恆星。反對的宇宙學家有一些空間來爭辯說，結果多麼令人震驚，可能來自測量誤差。
因此，當JWST於2021年12月推出時，它有望解決差異或鞏固它。 JWST的鏡子在21.3英尺（6.5 m）寬的位置幾乎是哈勃大小的三倍，寬度僅為7.9英尺（2.4 m）。 JWST不僅可以比Hubble能夠檢測到100倍的對象，而且在紅外光譜中也更敏感，使其能夠在更廣泛的波長范圍內看到。
通過比較JWST在Galaxy NGC 4258中測量的頭孢蟲與偏遠星系中的明亮類型IA超新星（另一個標準蠟燭，因為它們都以相同的絕對光度破裂）進行了比較，Riess和他的同事以幾乎相同的結果到達：73 km/s/s/s/mpc。
其他測量值 - 包括弗里德曼（Freedman）用哈勃太空望遠鏡製成的一項測量值對最發光的“分支的尖端”紅色巨星的快速增亮，而另一個則是由大型星系的重力彎曲的 - 相應的結果為69.6和66.6 km/s/s/s/mpc。使用光的彎曲的單獨結果也給出了73 km/s/mpc的值。宇宙學家留下來。
“ CMB溫度以1％的精度測量，並且頭梯梯子的測量接近1％，”瑞安·基利（Ryan Keeley）加利福尼亞大學的一名宇宙學家，一直在努力解釋哈勃張力的梅塞德（Merced）告訴《現場科學》。 “因此，即使不是很大，每秒7公里的差異也很可能是一個隨機的機會。有一些確定的解釋。”
危機中的宇宙學
新的結果使答案敞開了，將宇宙學家分裂成追逐驚人不同解決方案的派系。遵循哈勃太空望遠鏡的結果，在2019年在加利福尼亞州卡夫利理論物理學研究所（KITP）舉行的2019年會議上，正式解決了這一問題，只會引起更多的挫敗感。
“我們不會稱其為緊張或問題，而是危機，”大衛·格羅斯（David Gross）KITP的前董事和諾貝爾獎獲得者在會議上說。
如何修復情況尚不清楚。 Riess正在對Lambda-CDM模型進行調整，該模型假設黑暗能量（Lambda）並不恒定，而是根據未知物理學在整個宇宙的生活中發展。
然而，基利的研究於9月15日在《雜誌》上發表物理評論信，與此相矛盾。他和他的同事們發現，擴張率與Lambda-CDM的預測始於CMB。因此，基利說，如果模型需要在任何地方進行修復，則很可能在早期的宇宙中。
基利說，在宇宙微波背景的出現之前，有可能增加一些額外的暗能量，這給宇宙的擴展提供了一些額外的魅力，這些範圍並不需要使其與標準模型中斷。
另一批天文學家堅信，緊張關係，即銀河系的觀察駐留在不足的supervoid中，意味著必須完全拋出lambda-cdm和暗物質。
根據帕維爾·克魯普（Pavel Kroupa），波恩大學的天體物理學教授，是一種稱為修改後的牛頓動力學（MOND）的理論。
該理論提出，對於引力，將牛頓定律崩潰的地球表面（例如遠處星系之間的拖船）所感覺的小1萬億倍（例如拖船感覺到）。
其他天文學家說，他們自己的計算是蒙德聲稱的，但是克魯普堅持認為，希望調整標準宇宙學模型的宇宙學家“基本上為已經非常混亂且複雜的理論添加了其他復雜性”。
克魯普說：“我正在經歷和見證的是科學的基本崩潰。”
拉哈夫不可知。他說，Lambda-CDM可能只需要進行調整，也許是暗物質和暗能量與現代相當於電子環節的現代，而古老的希臘天文學家用來模擬繞地球的小圈子。拉哈夫說：“行星的軌道非常準確地描述了環環。” “這是一個很好的模型！它擬合了數據。”
但是，一旦天文學家將太陽放在太陽系他補充說，在較新的型號中，epicycles最終變得無關緊要。
拉哈夫說：“如果我們想走向哲學，也許就是這樣。” “但是也許還有暗物質和暗能量，只是還沒有發現。”
宇宙學家正在許多地方尋找答案。即將進行的CMB實驗，例如CMB-S4項目在南極和西蒙斯天文台在智利，正在尋找早期宇宙輻射的超抑制測量中的線索。其他人會看到ESA生成的暗物質圖歐幾里得太空望遠鏡或對未來的黑暗能源調查暗能量光譜儀。
儘管現在看起來似乎不太可能，但也可以通過弄清楚某些看不見的系統性缺陷來解決當前測量中的某些不見的系統缺陷，從而解決了哈勃張力。
對於弗里德曼（Freedman）而言，這種解決方案或可能進一步的謎語將來自JWST。她的團隊正在利用望遠鏡的強大眼睛對CepheID變量進行超尾的測量。紅人分支尖端的明星；和一種稱為JAGB星星的碳星一次距離。
弗里德曼說：“我們將看到他們的同意程度，這將使我們有一個整體系統的答案。”
弗里德曼（Freedman）僅查看了迄今為止一個星系中的恆星，但已經看到與哈勃太空望遠鏡測量值有所不同。
弗里德曼說：“我真的很興奮，因為我認為我們會說一些有趣的話。” “我完全開放。我不知道這會落在哪裡。”
