宇宙中的一个巨大空洞影响哈勃常数的测量

雨落润田

哈勃冲突是指宇宙学中一个重要的问题，就是我们用不同的方法测量宇宙的膨胀速率——哈勃常数，得到的结果不一致。哈勃常数描述了宇宙中任意两个相距很远的物体之间的相对速度和它们之间的距离的关系。如果我们知道了哈勃常数，我们就可以推算出宇宙的年龄，以及宇宙中的物质和能量的组成。

目前，我们有两种主要的方法来测量哈勃常数。一种是基于宇宙微波背景辐射（CMB）的观测，这是宇宙早期的热辐射的遗迹，可以反映出宇宙的初始条件和演化历史。另一种是基于本地的观测，比如使用超新星、变星或其他标准烛光来测量宇宙中不同距离的物体的亮度和红移，从而推算出它们的速度和距离。这两种方法给出的哈勃常数的值相差大约10%，超过了误差范围，这就是哈勃冲突。

哈勃冲突可能意味着我们对宇宙的理解有一些缺陷，比如我们忽略了一些重要的物理效应，或者我们需要一些新的物理理论来解释这个差异。因此，哈勃冲突是一个非常有趣和有挑战性的课题，吸引了许多物理学家和天文学家的关注和研究。

体积流是什么

体积流是指宇宙中一定体积内的物质相对于平均背景的平均速度。由于宇宙中的物质分布是不均匀的，存在一些密度高的区域和密度低的区域，这些区域之间会有引力作用，导致物质的运动。因此，我们可以通过测量不同尺度上的体积流来探测宇宙中的大尺度结构，以及宇宙中的物质和能量的性质。

目前，我们有一些方法来测量体积流，比如使用星系的红移和距离，或者使用星系团的温度和质量。最近，有一项名为CosmicFlows的项目，利用了大量的星系和星系团的数据，构建了一个覆盖了250 h^−1 Mpc范围内的体积流的地图，其中h是哈勃常数除以100 km/s/Mpc的无量纲值。这个地图显示了宇宙中一些明显的不均匀性，比如存在一些明显的流入和流出的区域，以及一些相对空旷的区域。

二者之间的关系

你可能会想，哈勃冲突和体积流有什么关系呢？它们看起来是两个不同的问题，测量的是不同的物理量。然而，一篇论文的作者提出了一个有趣的观点，就是这两个问题其实是有联系的，而且可以用一个统一的方案来解决。

他们的方案的核心思想是，宇宙中的物质分布不仅影响了体积流，也影响了哈勃常数的测量。具体来说，他们认为宇宙中存在一个巨大的空洞，也就是密度极低的区域，这个空洞被称为KBC空洞，以三位发现它的天文学家的姓氏命名。这个空洞的半径大约是300 Mpc，而我们所在的银河系正好位于这个空洞的边缘。这个空洞的存在导致了两个重要的效果：

一是由于空洞内的物质向外流出，造成了一个向外的速度场，这个速度场会使得空洞内的物体的红移增大，从而使得我们测量到的哈勃常数增大。这就可以解释为什么基于本地的观测给出的哈勃常数比基于CMB的观测给出的哈勃常数要大。

二是由于空洞的存在，使得我们观测到的CMB的温度有一个微小的偏差，这个偏差会影响我们对宇宙参数的估计，比如宇宙的曲率和物质的密度。这就可以解释为什么基于CMB的观测给出的哈勃常数比基于本地的观测给出的哈勃常数要小。

因此，这个方案可以同时解释哈勃冲突和体积流的观测结果，而不需要引入任何新的物理理论或参数。这个方案的优点是它很简单，只需要假设宇宙中存在一个空洞，而这个空洞是有观测证据支持的。这个方案的缺点是它需要假设我们处于一个特殊的位置，也就是空洞的边缘，而这可能违背了宇宙学原理，也就是宇宙在大尺度上是均匀和各向同性的。

意义

这个方案如果成立的话，对我们对宇宙的理解有很大的意义。它意味着我们不需要修改或放弃我们目前的宇宙学标准模型，也就是ΛCDM模型，这个模型认为宇宙主要由暗能量、暗物质和普通物质组成，而暗能量和暗物质的性质还不清楚。