Phi: 在合力范数作用---宇宙膨胀的原动力中,我们对哈勃常数和宇宙膨胀常数作了简短讨论,并发现哈勃常数测定值会导致位于宇宙半径处天体退行速度大于光速这一荒谬结论,这反映出哈勃常数测定值一定存在问题。
Phy: 对哈勃常数值的精准确定是一件非常困难的事情,需要借助天文观测结果并通过宇宙学理论分析间接地给出哈勃常数的估算值,而对星系距离的观测确认存在较大不确定性,其中牵涉着诸多因素。以下是《科普中国》给出的相关参考资料:
1929年美国天文学家艾德文-哈勃(1889年-1953年)正式提出哈勃定律,当时他基于大量观测数据得出的哈勃常数值是500km每秒每百万秒差距(500kms^-1Mpc^-1),并于1931年修正为558kms^-1Mpc^-1。
1952年,天文学家巴德认为仙女星系中造父变星的星等零点应修改为1.5等,并由此将哈勃常数修订为260kms^-1Mpc^-1。
1958年美国天文学桑德奇认为哈勃所说的最亮星实际上位于电离氢区,因此要再加上1.8等的星等改正,从而将哈勃常数降低为75kms^-1Mpc^-1。
1974~1976年,桑德奇和塔曼又用七种距离指标的方法重新修订哈勃常数为55kms^-1Mpc^-1。
2006年,来自马歇尔太空飞行中心(MSFC)的研究小组使用美国国家航空航天局的钱卓X射线天文台发现的哈勃常数是77kms^-1Mpc^-1,误差大约是15%。
2009年,美国宇航局NASA根据对遥远星系Ia超新星的最新测量结果,发布的哈勃常数为(74.2±3.6) kms^-1Mpc^-1,将不确定度进一步缩小到5%以内。
2019年,德国科学家在《科学》杂志撰文称,利用引力透镜效应计算出哈勃常数为82.4kms^-1Mpc^-1。
2022年,美国天体物理学家的一项分析,确定了当前宇宙的膨胀率,即哈勃常数为73.4 kms^-1Mpc^-1,不确定性仅为1.3%。(引述完)
总之,对哈勃常数的确认仍是现代宇宙学的一个重要研究课题,目前通常采用的哈勃常数值为71 kms^-1Mpc^-1。
注:秒差距(Parsec)是天文学距离单位,一秒差距等于3.0856*10^16米,Mpc=3.0856*10^22米。
Phi: 我浏览了UPHY原理和方程项下No.48 宇宙膨胀常数一般解和今天解,这篇文章开局是12-3式,是关于宇宙膨胀常数一般解和今天解的计算公式。该一般解的数学表达很简单而且只有宇宙量子数这一个变量。将今天宇宙常数代入该一般解公式立刻得到宇宙膨胀常数的今天解29.617 kms^-1Mpc^-1。先不管量值上的差异,我首先需要确认,现代宇宙学的哈勃常数和CST模型的宇宙膨胀常数说的是一回事吗?
Phy: 当然。哈勃常数和宇宙膨胀常数的宇宙学含义相同,都表示宇宙膨胀率,只是量值不同。哈勃常数71 kms^-1Mpc^-1的物理含义是:河外星系与地球之间距离每增加一个Mpc,其视向退行速度增加71 kms^-1;今天宇宙膨胀常数的物理含义是:河外星系与地球之间距离每增加一个Mpc,其视向退行速度增加29.617 kms^-1。哈勃常数比今天宇宙膨胀常数大了约2.4倍。
CST模型根据UPHY第二定律获取了宇宙诸物理量统一解,该统一解有30余个分项解,其中包括宇宙膨胀常数一般解和今天解。所有这些分项解相互兼容并具有广泛的实证性且出自同一方程(宇宙基本方程),诸分项解精度均与宇宙微波背景辐射温度的精度相同。据此我认为今天宇宙膨胀常数29.617 kms^-1Mpc^-1这个理论结果一定是准确的,它也是今天哈勃常数的准确值。同时,宇宙膨胀常数一般解给出严格证明,当相对距离小于宇宙半径时,星系退行速度均小于光速常数;当相对距离等于宇宙半径时,星系退行速度严格等于光速常数。
Phi: 根据宇宙膨胀常数一般解可知,宇宙膨胀常数是动态变化的,其量值是宇宙量子数的一次方反比函数。也就是说,随着宇宙演化进行,宇宙膨胀率在趋向减小。而哈勃常数则是不变的,这表明宇宙膨胀率不随宇宙演化进行而改变。这两者是矛盾的。
Phy: 这是你的误解。早于1922年,在费里德曼提出的宇宙模型中就已经给出了哈勃常数的动态演变方程。只是在这个方程中含有一些不能确定的因素,如宇宙能量密度的演变规律等,导致无法准确获得哈勃常数动态解(哈勃参量)。另外,现代宇宙学理论对哈勃参量的理论计算需要引入暗能量,而暗能量在目前仍是一个理论假设。它是否真的存在?目前尚无最终定论。
Phi: 哦,明白。宇宙年龄是宇宙具有的一维时间总量,物理表征宇宙演化过程具有的持续性。宇宙年龄具有单向性,其量值是宇宙量子数的一次方正比函数,具有线性变化特性。既然宇宙膨胀常数等于宇宙年龄的倒数,那么它的变化就一定是反比线性的,其演变趋势一定是趋向减小。按照宇宙膨胀常数一般解可计算宇宙演化终结时(对应的宇宙量子数等于1.0083333…*10^93)宇宙膨胀常数将减小至2.2694*10^-31 kms^-1Mpc^-1,约10^-31 kms^-1Mpc^-1,即星系退行运动停止。Well,Well,这样的理论结果让我很舒服啊。无需借助星系观测数据,今天哈勃常数可根据CST模型直接获解且可确定为29.617 kms^-1Mpc^-1。哈,哈!全世界的宇宙学家们要睡不着觉觉喽。不过,我还有一个疑问,UPHY作者为什么不沿用哈勃常数而是采用宇宙膨胀常数这个名词呢?
Phy: 这位作者是如何考虑的,我不知道。如果换成是我,我也一样会采用宇宙膨胀常数,原因有二。其一,宇宙膨胀常数更加直观和贴切反映宇宙膨胀。其二,宇宙膨胀常数的量值是以宇宙量子数为单一自变量的函数,它正确反映了宇宙膨胀率随时间增加而线性减小这种演变趋势,而哈勃参量不能如此简洁。清晰和准确地反映宇宙膨胀率的这种这种演变趋势。根据宇宙膨胀常数一般解可解出,今天宇宙膨胀常数的年变化量为-8.9*10^-10 kms^-1Mpc^-1,这表明今天宇宙膨胀常数29.617 kms^-1Mpc^-1在100亿年后将减小8.9kms^-1Mpc^-1,并减小至20.717kms^-1Mpc^-1。
Phi: 需要100亿年,今天宇宙膨胀常数减小量仅为8.9 kms^-1Mpc^-1。宇宙膨胀原来是如此稳定!看来,哈勃常数已经光荣地完成了它的宇宙学使命,并由宇宙膨胀常数取而代之。