我们生活在一个巨大的虚空中吗？它可以解决宇宙膨胀的难题 - {$web_name} 也称为λ-冷暗物质(CDM)

一幅由暗物质和暗能量组成的联网中星系的插图显示了引力透镜的作用，蓝绿色强调星系的真实位置和形状，白色强调移动的“透镜”形状和位置。(图片鸣谢:uux.cn/Rubin OBS/noir lab/NSF/AURA/j . Pinto)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（英德拉尼尔·巴尼克）：宇宙学中最大的谜团之一是宇宙膨胀的速度。这可以使用宇宙学的规范模型来预测，也称为λ-冷暗物质(CDM)。周末最适合读的一句话：沟通是解决问题最好的方式这个模型是基于对大爆炸留下的光的详尽观察——所谓的宇宙微波背景(CMB)。
宇宙的膨胀使得星系相互远离。它们离我们越远，移动得越快。星系的速度和距离之间的关系由“哈勃常数”确定，该常数约为每秒43英里(70公里)每兆帕秒(天文学中的本月刚刚生日祝福，送给正在努力的你长度单位)。这意味着一个星系每远离我们一百万光年，它的速度就会增多大约50，000英里。
但不幸的是，针对规范模型来说，这个值最近受到了风波，导致了科学家们所说的“哈勃张力”。当我们使用附近的星系和超新星(爆炸的恒星)测量膨胀率时，它比我们依据CMB预测的膨胀率大10%。
在我们的新论文中，我们提出了一种或许的权威免费试玩榜单阐释:我们日常在太空中的一个巨大的虚空中(一个密度低于平均水平的区域)。我们证明，这或许会经由物质从虚空中研究而使局部测量值膨胀。当空洞周围密度较高的区域将其拉开时，就会形成外流——它们会比空洞内密度较低的物质施加更大的引力。
在这种状况下，我们需要靠近一个半径约10亿光年、密度比全部宇宙的平均密度低20%的空洞的中心——所以不是完全空的。
如此大而深的空洞在规范模型中是意想不到的，所以也是有风波的。CMB给出了婴儿宇宙结构的快照，表明今日的关注古力娜扎合集物质应该相当均匀地分布。但是，直接计算各异区域的星系数量的确表明我们处在一个局部真空中。
扭曲万有引力定律
我们想经由匹配许多各异的宇宙学观测来进一步评测这个想法，假设我们日常在一个由早期的小密度波动进展而来的大空间中。
以便做到这一点，我们的模型没有纳入CDM，而是纳入了一种称为修正牛顿动力学(MOND)的替代理论。
MOND最初被提出来阐释星系旋转速度的异常，这导致了一种叫做“暗物质”的不可见物质的提议。相反，蒙德提出，当引力相当弱时，这些异常现象可以用牛顿引力定律失效来阐释——就像星系外围区域的状况一样。
MOND中的整体宇宙膨胀历史将与规范模型相似，但结构(如星系团)将在MOND中增长得更快。我们的模型捕捉到了本地宇宙在MOND宇宙中的样子。我们察觉这将使得今日对膨胀速率的局部测量依据我们的位置而波动。
最近的星系观测允许对我们的模型开展一个核心的新评测，该评测基于它在各异位置预测的速度。这可以经由测量所谓的整体流量来做到，整体流量是给定球体中物质的平均速度，不管是否致密。这随着球体半径的转变而转变，最近的观测显示它一直延续到十亿光年。
有趣的是，这种规模的星系整体流动速度是规范模型预期速度的四倍。它似乎也随着所考虑区域的大小而增多——与规范模型的预测相反。这与规范模型一致的或许性低于百万分之一。

CMB温度波动(色差)。(图片鸣谢:uux.cn/美国全国航空航天局)
这促使我们去看看我们的探究对整体流动的预测。我们察觉它与观测结局相当吻合。那需要我们相当接近空的中心，而空在它的中心是最空的。
结案了？
我们的结局出如今解决哈伯张力的普遍方法陷入困境的时候。有些人觉得我们只是需要更精确的测量。其他人觉得，假设我们在当地测量的高膨胀率实际上是正确的，就可以解决这个难题。但是这需要对早期宇宙的膨胀历史稍加改动，这样CMB看起来依然是正确的。
不幸的是，一篇颇具作用力的留言强调了这种方法的七个难题。假如在宇宙历史的绝大若干时间里，宇宙膨胀速度加快10%,它也会年轻10%——这与最古老恒星的年龄相矛盾。
在星系数计数中存在深且扩展的局部空洞以及高效观察到的整体流动强烈地表明，在CDM中，结构在几千万到几亿光年的尺度上比预期的增长得更快。
有趣的是，我们得知大品质星系团El Gordo在宇宙历史中形成得太早，品质和碰撞速度太高，与规范模型不兼容。这进一步证明了在这个模型中结构形成得太慢。
由于引力是如此大尺度的主导力，我们很或许需要扩展爱因斯坦的引力理论——广义相对论——但仅限于大于一百万光年的尺度。
但是，我们没有好的方法来测量重力在更大尺度上的表现——没有那么大的受引力束缚的物体。我们可以假设广义相对论依然有效，并与观测结局开展较为，但正是这种方法导致了我们最好的宇宙学模型当下面临的相当严重的矛盾。
据说爱因斯坦说过，我们不能用最初导致难题的思维来解决难题。即使所需的转变并不剧烈，我们也很或许会目睹一个多世纪以来第一个可靠的证据，证明我们需要改变我们的引力理论。
本文原载于对话。该出版物向Space.com的“专家之声:专栏和见解”投稿。Indranil Banik是圣安德鲁斯大学天体物理学博士后探究员。