随着人类对宇宙的了解越发深入，不断出现了用现有的理论无法解释的问题，它们就像是宇宙向人类发出的“挑战书”。当我们仰望星空时，那些看似空无一物的黑暗里，藏着宇宙最古老的秘密——以及最棘手的谜题。从微波背景里的 “神秘冷斑”，到推动宇宙加速膨胀的 “隐形力量”，再到测量膨胀速度时出现的 “双重答案”，这些谜题像宇宙留下的思考题，让全球天文学家争论不休。

一、宇宙背景里的 “神秘冷斑”

当我们抬头仰望星空，会觉得没有星星和星系的背景部分看上去漆黑一片。但实际上，背景宇宙并不是完全黑暗的，而是闪着微光，但这不是人眼可以看到的可见光，而是与微波炉和手机所使用的电磁波相同的电磁波（微波）抵达了地球，这称为“宇宙微波背景辐射”（CMB）。实际上，宇宙微波背景辐射中存在比周围异常寒冷的神秘区域，研究人员将其称为“冷斑”。

■ CMB：宇宙大爆炸的遗痕

我们要聊 “冷斑”，先得了解下宇宙微波背景辐射（CMB）。追踪溯源，CMB是宇宙大爆炸38万年后，温度约3000K时期的宇宙自身的热辐射，也就是炽热大爆炸的遗痕。在CMB从这一时期的宇宙抵达如今的地球期间，宇宙发生了膨胀，因此，CMB的波长变长，变成2.725 K的热辐射遍布今天的宇宙。

根据到来的方向不同，CMB会有±1/100000℃左右的温度起伏。这个极小的“不均匀”表明，宇宙初期的物质存在微小的非均匀性。科学家对此进行了观测而绘制了CMB全天图。

图片是ESA在2009年发射的观测卫星“普朗克”获取的全天CMB温度分布。红色部分表示高于平均温度，蓝色部分表示低于平均温度。此外，这张图的右下方（波江座附近）存在“冷斑”。

宇宙背景探测器（COBE）、威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）、普朗克（Planck）这3颗探测卫星曾对CMB进行过精密测量。通过精确测量温度起伏，就能弄清楚宇宙的年龄（138亿年）、宇宙的组成以及宇宙的膨胀速度等。

仔细观察这个全天图，就会发现右下角的边缘附近有非常蓝（低温）的区域。这一区域称为“冷斑”，比平均温度最多低了14/100000℃，这种情况偶然出现的概率是1.85%。

那么，为什么存在温度如此低的区域？

一个非常有说服力的说法是，这个方向上正好有一个几乎没有星系的巨大“超级空洞”，CMB的微波穿过超级空洞时，波长略微变长，看上去就表现为温度更低的热辐射。但实际上，这个方向上是否存在超级空洞，至今并无定论。

也有研究人员认为。这个冷斑是在大爆炸后的“暴胀”时代，从我们生活的宇宙分离出去的另一个平行宇宙的痕迹。冷斑之谜中是否隐藏着未知的现象？还是说纯属偶然？今后的研究将备受关注。

二、遍布整个宇宙的“暗能量”之谜

宇宙的谜题从未单一出现。当我们盯着冷斑困惑时，天文学家早已被另一个更宏大的问题难住：宇宙不仅在膨胀，还在加速膨胀。为了解释加速膨胀这一事实，科学家引入了“暗能量”。

图片描绘了宇宙膨胀的情形。如果宇宙膨胀，宇宙中星系之间的距离就会越来越远。比利时宇宙物理学家乔治·勒梅特（1894～1966）和美国天文学家埃德温·哈勃（1889～1953）分别在1927年和1929年发现宇宙在膨胀。之后，科学家于1998年发现宇宙在加速膨胀，并将引起加速的源头称为“暗能量”。

“暗能量”的本质是什么？研究发现，宇宙膨胀的速度在不断加快，而暗能量是引发这种加速膨胀的假想能量，但暗能量的本质至今仍不明确。

宇宙所有能量的构成

目前，世界各国都在开展旨在揭示暗能量真相的项目。例如，大量观测宇宙中各种距离（时期）的星系和星系团，从而掌握普通物质和暗物质的量及分布是如何随着时间而变化的，由此探索暗能量的性质。

三、膨胀速度的 “双重答案”

如果说暗能量是“为什么加速”的谜题，那哈勃常数的矛盾，就是“膨胀速度到底多快”的直接争议。“哈勃常数”表示宇宙现在的膨胀速度，根据推导方法不同，它有2个值。

如果宇宙正在膨胀，那么，离地球越远的星系，远离地球而去的速度就越快，这称为“哈勃-勒梅特定律”，其比例常数H0就是哈勃常数。哈勃常数越大，意味着现在的宇宙膨胀得越快。哈勃常数主要有2种计算方法。

方法一：

实际测量星系的退行速度和距离，从而推导出哈勃常数，用这种方法算出的哈勃常数值大约是73；

方法二：

利用宇宙微波背景辐射（CMB）的观测结果进行计算。CMB斑驳图案的大小等反映了宇宙膨胀的程度，将CMB的观测结果导入含宇宙学常数的冷暗物质模型（ΛCDM模型）就能得到宇宙的膨胀速度，用这种方法计算出的哈勃常数大约是67。

即使考虑到误差，两者也不一致，这成为现在观测宇宙学的最大谜团之一。为什么会这样？科学家给出两种可能：一种可能性是，通过观测星系来计算哈勃常数时，星系距离中可能有未知的误差；另一种可能性是，根据CMB计算哈勃常数所使用的标准宇宙模型存在某些问题。如果原因在于后者，则有可能涉及我们还不知道的新物理，因此，通过探究这一原因，也许会为物理学自身开辟新的前进道路。

图源：pixabay

从冷斑的神秘低温，到暗能量的无形推力，再到哈勃常数的数值矛盾，宇宙的谜题总在提醒我们：人类对宇宙的了解，或许还不及冰山一角。但正是这些困惑，让仰望星空的每一刻都充满了期待 。毕竟宇宙的谜题，才是探索的意义。

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