關於宇宙最令人費解的事實之一是，測量宇宙膨脹速度的不同方法會產生不同的結果。並不是說有隻有兩種測量方法，而是有十幾種不同的測量方法，它們產生了兩組不同的結果。兩者都需要一個充滿正常物質、暗物質和暗能量的宇宙，但它們的首選值相差約9%：遠大於所涉及的不確定性。

圖注：膨脹的宇宙，充滿了星系和我們今天觀察到的複雜結構，從一個更小、更熱、更密集、更均勻的狀態出現。數千名科學家花了數百年的時間才得出這張照片，然而，對於膨脹率究竟是什麼缺乏共識，這告訴我們，要麼是某些事情出了可怕的錯誤，要麼我們在某個地方出現了一個未經確認的錯誤，要麼是一場新的科學革命即將到來。

尚未發現任何可以解釋差異的錯誤來源，這兩組結果都有多個獨立的證據線。。然而，最近，一個非常聰明的關於宇宙膨脹率的新測試被設計出來並加以利用，它似乎提供了一個前所未有的線索：同一個測試在宇宙的晚期和早期有不同的價值。膨脹的宇宙速度取決於它在哪一個階段，而跟如何測量它沒有關係。

圖注：表面膨脹率（y軸）與距離（x軸）的圖解與過去擴張速度較快的宇宙一致，但遙遠的星系在消退中加速。這是一個現代版本，比哈勃的原創作品擴大了數千倍。請注意，點不形成直線，表面膨脹速率隨時間的變化。宇宙遵循它所做的曲線的事實表明暗能量的存在和後期的支配地位。

大約十年前，有三組獨立的測量資料以全面、互補但獨立的方式揭示了宇宙的性質：

宇宙微波背景的起伏，星系、星系團和宇宙大尺度結構的其他特徵的聚集，直接測量單個物體的距離和紅移，從附近的單個恆星到宇宙中遙遠的超新星。

它們的測量結果都有不確定性，但它們彼此一致，產生了一個約5%正常物質、25%暗物質、70%暗能量的宇宙，並且宇宙膨脹率今天約為71 km/s/Mpc。

圖注：來自三個獨立來源的暗能量限制：超新星、CMB和BAO（這是宇宙大尺度結構的一個特徵）。請注意，即使沒有超新星，我們也需要暗能量，發現的物質中只有1/6是正常物質，其餘的一定是暗物質。從2011年起，這張圖提供了一些搖擺空間，以確定各種成分的膨脹率和密度。

這些數值的變化是允許的，並且在所有觀測值之間有一點不同引數的擺動空間。但隨著這些技術的科學性得到更好的理解，資料隨著越來越精確的觀測和更大的資料集而得到改善，一些謎團開始出現。

一方面，隨著普朗克衛星最終結果的出現，宇宙微波背景結果變得更加精確。波動模式，對應於：

宇宙膨脹所造成的最初的種子波動，它們是透過引力和正常物質與輻射的相互作用而演化的，以及訊號在稠密的早期宇宙中的傳播速度，

得出了一個一致的結果，這完全是由於它本身的原因，它更傾向於今天的擴張速度的較低值：67 km/s/Mpc。

圖注：CMB的最佳對映和對暗能量的最佳約束以及由此得到的哈勃引數。我們得到的宇宙有68%的暗能量，27%的暗物質，只有5%的正常物質來自這個和其他的證據，最適合的膨脹率是67km/s/Mpc。

自大爆炸以來，引力坍縮只會發生在宇宙不同部分的訊號有時間感受到彼此影響的尺度上。正如光只能以有限的速度（光速）在宇宙中傳播一樣，引力也受到它自身的宇宙速度限制：引力的速度，已經被證明等於光速。

在宇宙微波背景輻射時，這些波動出現的最大尺度對應於物質崩塌發生的最大尺度，然後被宇宙中的輻射“反彈”回去。在一個略小於1°的角尺度上，對應於一個特定的物理尺度，在這個尺度上，我們更可能在與另一個星系的特定距離上找到一個星系，而不是在稍近或稍遠的地方。我們稱之為聲學尺度，現在它對應於大約5億光年的距離。

圖注：重子聲波振盪導致的聚集模式的一個例證，在重子聲波振盪中，在距任何其他星系一定距離處發現星系的可能性取決於暗物質和正常物質之間的關係。當宇宙膨脹時，這個特徵距離也會膨脹，這使得我們能夠測量哈勃常數、暗物質密度，甚至標量光譜指數。結果與CMB資料一致，宇宙由27%的暗物質組成，而正常物質為5%，膨脹率約為67km/s/Mpc。

那麼，這第二個謎團，就是宇宙微波背景中的聲波尺度的早期訊號和星系團的後期訊號之間的聯絡。這些大規模的結構特徵，當你把所有的資料放在一起，也顯示出與宇宙微波背景的測量結果一致，有利於67-68km/s/Mpc的膨脹率。

但是，在過去的十年裡，這個難題的第三部分，包括直接測量距離和單個物體的紅移，已經變得非常精確。傳統的方法使用的是所謂的宇宙距離階梯，其中最好的測量來自：

視差是用來測量到單個恆星的距離的，在附近的星系中測量單個恆星，它們也屬於Ia型超新星，然後測量整個宇宙的Ia型超新星，

得到一個更高的值：73-74 km/s/Mpc，只有2%的不確定性。

圖注：宇宙距離階梯的構建涉及從太陽系到恆星到附近星系到遙遠星系。每一個“階梯”都有其自身的不確定性，但有許多獨立的方法，任何一個梯級，如視差、造父變星或超新星，都不可能導致我們發現的全部差異。如果我們生活在一個密度不足或密度過高的區域，則推斷的膨脹率可能偏向於較高或較低的值，但從觀測上排除了解釋這一難題所需的量。有足夠多的獨立方法用於構建宇宙距離階梯，我們不能再合理地將階梯上的一個“階梯”作為不同方法之間不匹配的原因。

在過去的幾年裡，大量其他的證據都是用不同的方法來測量單個物體的距離和紅移的。不同的距離指標包括：

利用遙遠星系的表面亮度漲落代替Ia型超新星，用紅巨星分支頂端的恆星代替造父變星，利用星體的引力透鏡作為一種完全獨立的方法，或者使用幾何距離測量來測量天文現象，稱之為巨星。

值得注意的是，每一個測量值似乎都與距離階梯測量值一致，得出的值介於72-76 km/s/Mpc之間，沒有一組測量值更傾向於67 km/s/Mpc的較低值。

圖注：一系列不同的小組試圖測量宇宙的膨脹率，以及他們的彩色編碼結果。請注意，早期（前兩個）和晚期（其他）結果之間存在很大差異，每個“後期”選項上的錯誤欄都要大得多。唯一CCHP重新分析後發現，CCHP的數值接近72km/s/Mpc，而不是69.8。

這種差異的顯著之處在於，導致一個較低值的測量型別是在宇宙的早期階段被錨定的，基於大爆炸後前10萬年暗物質、正常物質和輻射的物理相互作用，而導致一個較高值的測量型別是基於從我們的角度到遠處物體的直接測量。雖然已經有許多方案被提出來解釋這一點，但還沒有直接探討早期和晚期測量之間的擴充套件率有何差異。

但在2020年1月29日，一篇新的論文發表了，明確使用了早期的技術之一——宇宙的大尺度結構——並將自己限制在沒有早期宇宙錨定的情況下，僅進行後期測量。他們的發現令人著迷：膨脹率被測量為72.3±1.9km/s/Mpc，與其他後期測量結果一致。

圖注：在宇宙的大星團和細絲之間是宇宙的巨大空隙，其中一些可以跨越數億光年的直徑。當星系、類星體和空隙都是相互關聯時，它可以幫助改善各種測量技術之間的緊張關係，這些技術提供了對膨脹宇宙的見解。

這篇新論文最大的成就是影響宇宙空隙的影響：宇宙空間中存在的巨大而大面積的空隙區域，這是我們宇宙大尺度結構的線索。就其本身而言，利用這項新技術，宇宙的大尺度結構為暗能量提供了壓倒性的證據——超過10西格瑪的重要性，甚至比超新星還要大——完全獨立於宇宙微波背景。

然而，最引人注目的是，星系團和類星體聚集在附近的、晚時宇宙中，沒有其他測量或假設因素，更傾向於一個73.7km/s/Mpc的膨脹率，儘管大約有4-5%的不確定性。加入空隙測量值後，數值略有降低，但不確定度大大降低：達到72.3 km/s/Mpc，不確定度為2.6%。

圖注：當只有星系和類星體從附近的宇宙被認為，你得到綠色圈，有利於一個值接近74km/s/Mpc的膨脹率。當空隙被包括在內時，該值下降到72（橙色），但是當所有星系、類星體和空隙都被考慮在內時，包括來自早期宇宙（藍色）的值，該值下降到km/s/Mpc，這是介於兩個當前和相互不一致的最佳擬合結果之間的值。

然而，在超遙遠、早期宇宙中聚集的星系和類星體中加入，將值拉回：69.0km/s/Mpc，不確定性為±1.7%，這有兩個原因。

這表明，在宇宙空洞的測量中，因子分析對於重建宇宙的膨脹率是極其重要的，因為沒有這些空洞的大尺度結構測量給出了67.6km/s/Mpc，而新的分析則包含了空洞，並且大約高出2.1%。它表明，如果只測量相對較近的宇宙的膨脹率，即使使用相同的技術，也會得到比使用全套資料系統更高的膨脹率。

儘管同一篇論文沒有發現暗能量隨時間演化的證據，但這是正在進行的宇宙傳奇中另一個迷人的線索。

圖注：如此所示，暗能量隨時間演變的限制，隨著先前分析中不包括宇宙空隙（橙色）而顯著改善，這些分析不包括它們（藍色）。請注意，暗能量是一個不變的宇宙常數，對應於 y 軸值 0 和 x 軸值 -1 的想法與資料完全一致。

當然，測量膨脹宇宙的不同方法給出了不同的值，但這是第一次，同一方法產生了兩個不同的結果，這取決於你是檢視完整的宇宙資料集還是僅檢視宇宙後期的測量。宇宙膨脹率一直是現代科學中最有爭議的問題之一，這一新結果提供了一條主要線索。這一重要線索告訴我們，宇宙的膨脹速率從這一新的結果看，宇宙在不同階段，其宇宙膨脹速度不一樣，而不是取決於我們的測量方法。

在所有測量中考慮宇宙空洞的影響能解釋全部的差異嗎？我們是否能看到一些證據表明，即使不是暗能量，宇宙中的某些東西正在以一種意想不到的方式演化？或者，很有可能，這是否意味著宇宙微波背景資料終究是錯的？這些問題隨著科學技術的發展，我們會獲得答案。

不久前，一個科學家小組利用美國宇航局斯皮策空間望遠鏡對造父變星進行的最新測量，最新計算得出哈勃常數的數值為74.3±2.1(km/s)/Mpc，Mpc為百萬秒差距，是距離單位，1Mpc大約為326萬光年。這個數值表示宇宙空間每增加326萬光年的距離，星系遠離的速度增加每秒74.3公里，誤差在正負2.1公里。最新的計算結果把宇宙膨脹速率的不確定度降低到3%左右。

現代宇宙論有兩大支柱，一個是愛因斯坦的廣義相對論，另一個是哈勃定律。一個是純理論，用一支筆透過廣義相對論方程就可推匯出宇宙膨脹結論；另一個是高超的測量技術，透過所謂“宇宙距離階梯”測出遙遠天體相對精確的距離，發現了宇宙的膨脹。

1916年，愛因斯坦提出廣義相對論方程，當時的主流觀點認為宇宙是穩定而靜態的，因為沒有人看到過宇宙變大或者縮小。為了保持宇宙的這種“穩態”，愛因斯坦人為地在廣義相對論方程中加入了一項“宇宙常數”(宇宙項)，以平衡萬有引力帶來的收縮傾向。

早在發現哈勃定律7年前的1922年，一位俄國數學家和物理學家阿列克謝·弗裡德曼根據廣義相對論進行理論研究，指出過宇宙有可能在膨脹。弗裡德曼得到的理論結論是，宇宙要麼膨脹，要麼收縮，是“動態的”。然而，愛因斯坦卻堅決不同意弗裡德曼的觀點。直到哈勃發現哈勃定律之後，愛因斯坦不得不遺憾地承認，在方程中額外加入一個宇宙常數是他“一生中所犯的最大錯誤”。

測量是天文學最基本的方法，現代宇宙論就開始於哈勃對星空的測量。測量星空可不是一件簡單的事情。實際上，仰望夜空，可以看見無數的星體，但是除了幾顆行星之外，其他星體過於遙遠，人類在地球上就像井底之蛙，感覺上這些星體好像都處在同樣的距離，分不出遠近，就像都鑲嵌在一個遙遠的球面上。

事實上，人們看到的恆星與我們地球之間的距離並不相同，有遠有近。後來，天文學家掌握了實際測量天體距離的方法，瞭解了一部分恆星的準確位置，這才真正知道了銀河系的結構，進一步又發現了河外星系(銀河系以外的其他星系)的存在。美國天文學家哈勃正是在測量河外星系時，發現了河外星系正在遠離我們而去，而且越遠的星系離我們而去的速度越快，這說明宇宙正在膨脹。他進而提出了所謂的哈勃定律，即離我們越遠的星系，背離我們向遠處運動的速度越快，退行的速度與它們的距離成正比。用公式表示就是v=H0D，其中v是星系遠離我們的速度，D是星系離我們的距離，H0是比例常數(v/D)，也就是我們常說的哈勃常數。這個常數的倒數的單位是時間，表徵宇宙的年齡，可見這個常數的重要意義了。

哈勃定律表明現在的宇宙是膨脹的，如果按時間倒推的話，原初的宇宙就“退縮”到一個點，這就是大爆炸宇宙論的出發點。哈勃定律是現代宇宙論的基礎，哈勃常數的精度也就決定了現代宇宙論的精確程度，對哈勃常數的測量也就成為現代宇宙論的核心問題之一。希望採納！