2011年,小皮特那時八歲,他終于等到一次父母都在家的周末,便纏著父母陪他去游樂場。
里斯給小皮特買來了氣球和冰激凌,小皮特舔著冰激凌問父親:“爸爸,你最近在研究什么?”
“哈勃常數。”
“那是什么?”
“嗯,簡單地說,就是河外星系退行速度同距離的比值。上次我給你講過宇宙紅移現象記得嗎,宇宙中的天體正在相互遠離,這一現象揭示了宇宙的膨脹狀態,而距離越大退行速度也越大。”里斯教授想盡可能地用簡短的語句解釋,但似乎還是有些復雜。
“對了爸爸,上次聽你說完宇宙紅移現象后,我在想,所有天體都在離我們遠去,這不就意味著地球是宇宙的中心嗎?”小皮特瞪大他的眼睛問道。
“不,孩子,想象地球和其他天體都在這個氣球的表面上,當氣球膨脹到很大時,是不是地球和這些天體都離得更遠了,但地球并不在氣球的中心,對嗎?”里斯用手在氣球上比劃著。
小皮特似乎懂了,心滿意足地吃了口冰激凌,又轉頭看向一旁的母親,問道:“媽媽,那你最近在研究什么?”
蘇珊看了一眼里斯,摸了摸小皮特的頭,回答道:“我也在研究哈勃常數,親愛的。”
“哦?為什么你也在研究這個,這個常數很重要嗎?”小皮特一臉驚訝地問道。
“是的寶貝,試想下,哈勃常數本質上是速度除以距離。那么它的倒數就是距離除以速度,即時間。因此,哈勃常數還與宇宙年齡密切相關,假設宇宙勻速膨脹,哈勃常數的倒數也就是哈勃時間,就等于宇宙年齡。”
小皮特眨眨眼睛似乎聽懂了,又問道:“那宇宙有多少歲了?”
“根據你爸爸之前測算的數據,宇宙年齡大概是130億年左右。”
小皮特聽罷陷入了沉思,130億年是什么概念對他來講還無法理解。過了一會兒,小皮特看了看里斯又看了看蘇珊,問道:“那你們在一起工作嗎?”
里斯和蘇珊同時搖了搖頭,蘇珊解釋道:“不,親愛的,爸爸和媽媽要用不同的方法來得出哈勃常數的值。”
這一年早些時候,里斯領銜的團隊根據對9個星系中造父變星的距離測量,計算得到哈勃常數的新數值為73.8km/s/Mpc,誤差范圍為2.4。這9個星系中,有8個星系曾經被觀測到Ia型超新星爆發,這使得里斯擁有了更精確的“標準燭光”。
兩年后,蘇珊團隊利用普朗克衛星得到的數據代入宇宙學標準ΛCDM模型擬合得到的哈勃常數為67.4km/s/Mpc,誤差為0.5,這與里斯團隊之前用距離階梯法得到的哈勃常數相差接近10%。
里斯坐在沙發上一只手扶著頭,一言不發。蘇珊走過來撫摸著丈夫的背,溫柔地說道:“別擔心親愛的,可能只是哈勃望遠鏡在遠距離上精度不夠。”
“但愿是吧。否則……”里斯長舒一口氣道,他希望省略的這半句話不要成為現實,但他心底里相信自己之前的結果。
從這天開始,小皮特能明顯感覺到家里的氣氛變得凝重,父親郁郁寡歡,而母親似乎更為意氣風發,偶爾會關心下父親。
后來小皮特得知父母得出的兩種不同的哈勃常數結果被稱為“哈勃沖突”,似乎必須有一方向另一方妥協,顯然現在暫時妥協的是父親。在向好友介紹自己的家庭時,小皮特會像大人那樣說道:“中國有句古話叫家家都有本難念的經,而我家這本叫哈勃沖突。”
這一年,蓋亞(Gaia)衛星升空,它可以測量到大約幾萬光年的距離。里斯團隊執行了“超新星H0狀態方程”項目,簡稱“SH0ES”(酷似“鞋子”的英文SHOES)。“SH0ES”結合哈勃與蓋亞兩大望遠鏡的觀測,對距離階梯的每一級進行更精確、誤差更小的測定。
一晃九年過去,2022年,里斯等人根據SH0ES項目的觀測,得到哈勃常數為73km/s/Mpc,誤差為1。哈勃沖突仍在繼續,里斯在家中變得強勢起來,他和蘇珊經常吵架。而小皮特則考入了麻省理工學院物理學與天文學專業。里斯曾經勸小皮特不要去當一個天文學家,小皮特則說:“解決家庭矛盾就需要解決哈勃沖突,要解決哈勃沖突就要測準哈勃常數,我將解開這個謎題,讓這個破碎的家重新圓滿。”
2023年,里斯團隊使用詹姆斯·韋布空間望遠鏡對5個星系進行了觀測,它們都曾經爆發過Ia型超新星,且包含大量造父變星。他們從這些星系中確定出1000多顆造父變星,由此計算出的哈勃常數與之前使用哈勃望遠鏡得出的數據幾乎一致。得出結論的一剎那,里斯高興極了,之前近十年時間學界一直把哈勃沖突的鍋甩給里斯團隊,現在終于一雪前恥。
但是里斯臉上的笑容馬上消失了,因為他隨即明白這對蘇珊意味著什么。果不其然,蘇珊連著三天沒有回家,也沒有接里斯的電話。
對蘇珊來說,她使用的宇宙標準模型肯定哪里出了錯,但這個模型在之前各個領域都被充分驗證了,所以此刻蘇珊的腦子里只有一句話:宇宙學不存在了。
三天后,蘇珊收到了里斯發來的信息:別難過了親愛的,說不定上帝本就沒想讓我們測準哈勃常數,讓小皮特這代人去探索宇宙的奧秘吧。我訂了塔希提島的機票,我們好久沒一起度假了。我愛你。
蘇珊流下了眼淚,讓她過意不去的是,這十年來她一直理直氣壯地認為丈夫算錯了哈勃常數,這一刻她突然意識到夫妻倆又何必在乎誰算對誰算錯呢。
于是她給里斯回了信息:塔希提聽起來不錯,我也愛你。之后便回了家,于丈夫緊緊相擁在一起。
在小皮特上研究生的第一堂課上,馬克教授介紹道:“如果距離階梯法對哈勃常數的測量確實準確,那ΛCDM模型中的其他參數必須改變,這樣才可以讓這個模型擬合出的哈勃常數等于距離階梯法得到的值。這里的‘其他參數’涉及暗能量、暗物質、宇宙曲率,等等。
因此,要想解決這個問題,可能要假設有奇特的暗能量,或奇特的暗物質,或新的相對論性粒子,比如奇特的中微子,或者假設宇宙是輕微彎曲的。如果這些假設中的任何一個成立,就意味著基礎物理學又要發生新的變革。”
畢業后皮特主攻的方向是宇宙誕生至今哈勃常數的大小隨時間的關系,他猜想父母可能都是對的,但其中一個測出的是H0,另一個則是另一個時點的哈勃常數。
里斯夫婦明白他們這輩子可能無法看到哈勃沖突的謎底了,但這也沒什么,因為小皮特將繼續他們的事業,他們相信人類總有一天能解開宇宙的奧秘。
作者:唐高巍
來源: 中國科普作家協會
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