2011年,小皮特那时八岁,他终于等到一次父母都在家的周末,便缠着父母陪他去游乐场。
里斯给小皮特买来了气球和冰激凌,小皮特舔着冰激凌问父亲:“爸爸,你最近在研究什么?”
“哈勃常数。”
“那是什么?”
“嗯,简单地说,就是河外星系退行速度同距离的比值。上次我给你讲过宇宙红移现象记得吗,宇宙中的天体正在相互远离,这一现象揭示了宇宙的膨胀状态,而距离越大退行速度也越大。”里斯教授想尽可能地用简短的语句解释,但似乎还是有些复杂。
“对了爸爸,上次听你说完宇宙红移现象后,我在想,所有天体都在离我们远去,这不就意味着地球是宇宙的中心吗?”小皮特瞪大他的眼睛问道。
“不,孩子,想象地球和其他天体都在这个气球的表面上,当气球膨胀到很大时,是不是地球和这些天体都离得更远了,但地球并不在气球的中心,对吗?”里斯用手在气球上比划着。
小皮特似乎懂了,心满意足地吃了口冰激凌,又转头看向一旁的母亲,问道:“妈妈,那你最近在研究什么?”
苏珊看了一眼里斯,摸了摸小皮特的头,回答道:“我也在研究哈勃常数,亲爱的。”
“哦?为什么你也在研究这个,这个常数很重要吗?”小皮特一脸惊讶地问道。
“是的宝贝,试想下,哈勃常数本质上是速度除以距离。那么它的倒数就是距离除以速度,即时间。因此,哈勃常数还与宇宙年龄密切相关,假设宇宙匀速膨胀,哈勃常数的倒数也就是哈勃时间,就等于宇宙年龄。”
小皮特眨眨眼睛似乎听懂了,又问道:“那宇宙有多少岁了?”
“根据你爸爸之前测算的数据,宇宙年龄大概是130亿年左右。”
小皮特听罢陷入了沉思,130亿年是什么概念对他来讲还无法理解。过了一会儿,小皮特看了看里斯又看了看苏珊,问道:“那你们在一起工作吗?”
里斯和苏珊同时摇了摇头,苏珊解释道:“不,亲爱的,爸爸和妈妈要用不同的方法来得出哈勃常数的值。”
这一年早些时候,里斯领衔的团队根据对9个星系中造父变星的距离测量,计算得到哈勃常数的新数值为73.8km/s/Mpc,误差范围为2.4。这9个星系中,有8个星系曾经被观测到Ia型超新星爆发,这使得里斯拥有了更精确的“标准烛光”。
两年后,苏珊团队利用普朗克卫星得到的数据代入宇宙学标准ΛCDM模型拟合得到的哈勃常数为67.4km/s/Mpc,误差为0.5,这与里斯团队之前用距离阶梯法得到的哈勃常数相差接近10%。
里斯坐在沙发上一只手扶着头,一言不发。苏珊走过来抚摸着丈夫的背,温柔地说道:“别担心亲爱的,可能只是哈勃望远镜在远距离上精度不够。”
“但愿是吧。否则……”里斯长舒一口气道,他希望省略的这半句话不要成为现实,但他心底里相信自己之前的结果。
从这天开始,小皮特能明显感觉到家里的气氛变得凝重,父亲郁郁寡欢,而母亲似乎更为意气风发,偶尔会关心下父亲。
后来小皮特得知父母得出的两种不同的哈勃常数结果被称为“哈勃冲突”,似乎必须有一方向另一方妥协,显然现在暂时妥协的是父亲。在向好友介绍自己的家庭时,小皮特会像大人那样说道:“中国有句古话叫家家都有本难念的经,而我家这本叫哈勃冲突。”
这一年,盖亚(Gaia)卫星升空,它可以测量到大约几万光年的距离。里斯团队执行了“超新星H0状态方程”项目,简称“SH0ES”(酷似“鞋子”的英文SHOES)。“SH0ES”结合哈勃与盖亚两大望远镜的观测,对距离阶梯的每一级进行更精确、误差更小的测定。
一晃九年过去,2022年,里斯等人根据SH0ES项目的观测,得到哈勃常数为73km/s/Mpc,误差为1。哈勃冲突仍在继续,里斯在家中变得强势起来,他和苏珊经常吵架。而小皮特则考入了麻省理工学院物理学与天文学专业。里斯曾经劝小皮特不要去当一个天文学家,小皮特则说:“解决家庭矛盾就需要解决哈勃冲突,要解决哈勃冲突就要测准哈勃常数,我将解开这个谜题,让这个破碎的家重新圆满。”
2023年,里斯团队使用詹姆斯·韦布空间望远镜对5个星系进行了观测,它们都曾经爆发过Ia型超新星,且包含大量造父变星。他们从这些星系中确定出1000多颗造父变星,由此计算出的哈勃常数与之前使用哈勃望远镜得出的数据几乎一致。得出结论的一刹那,里斯高兴极了,之前近十年时间学界一直把哈勃冲突的锅甩给里斯团队,现在终于一雪前耻。
但是里斯脸上的笑容马上消失了,因为他随即明白这对苏珊意味着什么。果不其然,苏珊连着三天没有回家,也没有接里斯的电话。
对苏珊来说,她使用的宇宙标准模型肯定哪里出了错,但这个模型在之前各个领域都被充分验证了,所以此刻苏珊的脑子里只有一句话:宇宙学不存在了。
三天后,苏珊收到了里斯发来的信息:别难过了亲爱的,说不定上帝本就没想让我们测准哈勃常数,让小皮特这代人去探索宇宙的奥秘吧。我订了塔希提岛的机票,我们好久没一起度假了。我爱你。
苏珊流下了眼泪,让她过意不去的是,这十年来她一直理直气壮地认为丈夫算错了哈勃常数,这一刻她突然意识到夫妻俩又何必在乎谁算对谁算错呢。
于是她给里斯回了信息:塔希提听起来不错,我也爱你。之后便回了家,于丈夫紧紧相拥在一起。
在小皮特上研究生的第一堂课上,马克教授介绍道:“如果距离阶梯法对哈勃常数的测量确实准确,那ΛCDM模型中的其他参数必须改变,这样才可以让这个模型拟合出的哈勃常数等于距离阶梯法得到的值。这里的‘其他参数’涉及暗能量、暗物质、宇宙曲率,等等。
因此,要想解决这个问题,可能要假设有奇特的暗能量,或奇特的暗物质,或新的相对论性粒子,比如奇特的中微子,或者假设宇宙是轻微弯曲的。如果这些假设中的任何一个成立,就意味着基础物理学又要发生新的变革。”
毕业后皮特主攻的方向是宇宙诞生至今哈勃常数的大小随时间的关系,他猜想父母可能都是对的,但其中一个测出的是H0,另一个则是另一个时点的哈勃常数。
里斯夫妇明白他们这辈子可能无法看到哈勃冲突的谜底了,但这也没什么,因为小皮特将继续他们的事业,他们相信人类总有一天能解开宇宙的奥秘。
作者:唐高巍
来源: 中国科普作家协会