宇宙膨胀的速度有两个？

诸葛林

想象一下，宇航员乘坐宇宙飞船飞往月球。此时，速度表显示飞船的速度为74千米/秒。但是，地面指挥中心里的科学家，通过用精密仪器探测到的距离除以飞船抵达月球的时间，得出的飞船速度为67.4千米/秒。

速度表和地面仪器都没问题，那么，飞船的飞行速度为什么会有两个？测量宇宙膨胀速度的天文学家遇到的就是类似的问题，他们测得的宇宙膨胀速度有两个。

两个大圣？

宇宙膨胀的速度被称为哈勃常数。天文学家测得的第一个哈勃常数为74km/s/Mpc【意思就是说，如果某个天体位于1百万秒差距（Mpc）的距离，它离开我们的速度就达到74km/s（千米/秒），如果距离远一倍，速度也会加倍，从而得知我们的宇宙在膨胀】。

超新星是恒星演化末期产生剧烈爆炸的一种星体，而天文学家如今已经测得大多数超新星的亮度。利用“标准烛光”法，天文学家就可以测得超新星到地球的距离。这种测量方法基于这样一个简单的事实：我们所观察到的蜡烛的亮度，与我们跟蜡烛的距离相关。超新星就相当于蜡烛，离我们越远，它就越暗。

由于已知宇宙会膨胀，那么恒星与恒星之间会相互远离，接下来，天文学家需要再测量出超新星远离地球的速度。当一颗超新星远离地球时，光的波长就会变长（光的速度依然不变），向红光转移，而这种现象被称为红移。通过测量红移，天文学家再计算出超新星的远离速度，之后再除以超新星到地球的距离，就得出哈勃常数。

利用多个超新星，或者其他星体计算得出的哈勃常数也就在74km/s/Mpc上下浮动。但是，天文学家利用高度精确的普朗克太空望远镜，通过测量宇宙的背景辐射，得出的哈勃常数却是67.4km/s/Mpc。

宇宙背景辐射是指宇宙大爆炸38万年后所遗留下来的辐射。在宇宙大爆炸伊始，那时的宇宙是由物质和辐射组成的“大锅炖”。大爆炸之后，宇宙不断地膨胀、冷却，当时间过了38万年，宇宙不再冷却，反而保持一定的温度，而辐射的痕迹仿佛被“冷冻”在了那个时候，遗留到了今天。

两种测量宇宙膨胀速度方法的图解

然而，现在的宇宙背景辐射与过去的背景辐射影像并不重合，现在的宇宙背景辐射图像更广。天文学家不仅据此终于确认了宇宙正在膨胀，而且还可以通过将现今宇宙背景辐射扩大的规模除以时间，再经过其他计算，精确地计算出宇宙膨胀的速度。

天文学家认真审视了得出这两种结果的过程。他们发现这两个宇宙膨胀速度，从计算和观测过程上来看，都是正确的。但是，真正的“大圣”只有一个。那么哪个速度才是正确的？

又是暗物质

天文学家推测由于暗物质的存在，这才导致了不同的测量方法，得出了不同的结果。如果把暗物质的影响考虑在内，那么哈勃常数就会小一些;如果把暗物质剔除在外，那么得出的哈勃常数就会大一些。

为了方便理解，我们可以把暗物质比作日常生活中的公路路况。如果路上堵车越来越严重（对应着暗物质越来越多），那么我们的速度就会慢得多，到学校或工作单位所需的时间就越长;如果我们可以穿透其他车辆（暗物质就是被假设成可以被电磁波直接穿过），直达目的地，那么我们的车速肯定就会快一些。

根据爱因斯坦的广义相对论，由于物质能弯曲空间，因此宇宙也可以是彎曲的。

只是，关于暗物质的存在，目前依然没有更好的证据。于是，天文学家也在极力寻找暗物质粒子。中微子是暗物质的候选粒子之一，于1956年7月20日被正式发现。中微子呈电中性，不参与任何电磁作用和强相互作用，不参与引力作用和弱相互作用，除此之外，科学家依然对它知之甚少。为了加深对中微子的了解，日本将建设超级中微子探测器。这台探测器包括了一个装满着2.6亿升超纯水的水箱，以及4万个极其灵敏的光探测器，这些探测器可以捕捉中微子与水分子发生碰撞的迹象。

除了继续寻找暗物质存在的证据，秉着严谨的科学态度，天文学家依旧有理由认为，利用超新星得出的哈勃常数之所以较大，原因还可能是观测超新星所用的望远镜不够精确。所以，一台更大、更精确的望远镜——鲁宾望远镜将于2023年，在智利落成，它可以探测更多、更远的超新星。

另外，欧洲欧几里得太空望远镜将于2022年发射。届时，它将为天文学家提供更为准确的红移和引力透镜的探测，从而验证各自的理论。或许到了那时，天文学家才能确定宇宙真正的膨胀速度。

宇宙是平的，还是圆的，又或者是弯曲的？

天文学家为什么要如此费力地弄清宇宙的膨胀速度？

如果宇宙膨胀速度是74km/s/Mpc，根据俄国数学家亚历山大·弗里德曼在1922年发现的弗里德曼方程（现代宇宙学就是基于弗里德曼方程发展而来），宇宙中物质和能量的平均密度等于临界密度，那么就说明宇宙是平坦的。宇宙依然是三维的，在这种情况下，如果我们向宇宙中发射两条平行光束，那么这两条光束将永远地保持平行。在平坦的宇宙中，虫洞就不太可能存在，同一物理规律也将在宇宙各处适用。

如果宇宙膨胀速度是67.4km/s/Mpc，宇宙中物质和能量的平均密度就高于临界密度，而这样的宇宙则是一个封闭的球形。在这个宇宙中，如果我们朝太空发射两条平行光束，那么这两条光束最终会相交在一起。在这个封闭的宇宙，虫洞就有存在的可能。在这个宇宙的某些地方，物理规律会跟地球上的不一样。

上述第二个宇宙膨胀速度还导致了一个意外的问题。天文学家反过来，先假设宇宙是封闭的球形，然后再求得哈勃常数。最终得出，哈勃常数理应比67.4km/s/Mpc还要小！这又是另外一个谜团了。

弗里德曼方程还预测了第三种宇宙形状，那就是宇宙是开放、弯曲的，类似于一张拱起来的纸张。当宇宙物质和能量的平均密度小于临界密度的时候，宇宙就是弯曲的。如果我们朝太空发射两条平行光束，那么这两条光束会越来越彼此远离。在这种宇宙中，虫洞也更有存在的可能性，而且在这个宇宙的某些地方，物理规律也会跟地球上的不一样。

尽管天文学家目前只观测到了两种宇宙形状相关的哈勃常数，但不代表第三种宇宙形状相关的哈勃常数不存在。天文学家还需要继续努力，弄清真实的哈勃常数是哪个，因为，不同的哈勃常数决定了我们宇宙的不同命运。