宇宙膨脹之謎：哈伯張力深度解析

「哈伯常數的數值為 73 公里/秒/百萬秒差距，與相對鄰近物體的觀測結果一致。然而，還有其他推斷宇宙膨脹率的方法，可以追溯到更久遠的過去……當科學家分析宇宙微波背景輻射以估算哈伯常數時，他們得到一個較低的值，即 67 公里/秒/百萬秒差距。」—— 這段引言揭示了宇宙學中一個令人費解的矛盾：哈伯張力。不同的測量方法，導向不同的宇宙膨脹速率，這究竟是測量誤差，還是暗示著我們對宇宙的理解存在根本性的缺陷？本文將深入探討哈伯張力，以及科學家們如何透過創新的觀測技術，試圖解開這個宇宙之謎。

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子段落標題1: 哈伯常數：宇宙膨脹速率的度量

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哈伯常數是描述宇宙膨脹速率的關鍵參數，它代表著星系之間的退行速度與距離的比例關係。然而，令人困惑的是，透過不同方法測得的哈伯常數數值存在顯著差異，這就是所謂的「哈伯張力」。 早期的測量依賴距離階梯，利用超新星和造父變星等天體的亮度作為標準燭光。近年來，科學家們也開始利用宇宙微波背景輻射（CMB）—— 大爆炸的殘餘輻射——來推算哈伯常數。然而，基於CMB數據計算出的哈伯常數值，與基於近距離天體測量出的數值存在明顯的矛盾。


子段落標題2: 時間延遲宇宙學：重力透鏡效應的妙用


為了擺脫對傳統距離階梯的依賴，東京大學的研究人員採用了一種名為「時間延遲宇宙學」的創新技術，獨立測量哈伯常數。這種方法利用重力透鏡效應，當一個巨大的星系作為透鏡，彎曲並放大來自其後方更遠天體的光線時，就會產生多重影像。

「要使用時間延遲宇宙學測量哈伯常數，你需要一個非常巨大的星系，它可以充當透鏡……這個『透鏡』的重力會使來自隱藏在其後方的物體的光線發生偏轉。」

透過精確測量這些光線抵達地球的時間差（即時間延遲），科學家們可以推算出透鏡星系的距離，從而獨立地估算哈伯常數。這種方法不依賴於傳統的距離階梯，因此有可能避免系統性誤差的影響。

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子段落標題3: 獨立測量方法：挑戰傳統認知

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時間延遲宇宙學提供了一種獨立於距離階梯的測量方法，有潛力減少對傳統方法的依賴，因為傳統方法可能存在系統性不確定性。距離階梯是建立在對超新星等天體的本質亮度和行為的假設之上的，這些假設可能會引入偏差。

「我們的測量完全獨立於其他方法，包括早期宇宙和晚期宇宙的方法，因此如果這些方法中存在任何系統性不確定性，我們應該不會受到它們的影響。」

時間延遲宇宙學的獨立性，使其成為檢驗其他測量結果的有力工具，並有助於揭示哈伯張力背後的真正原因。

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子段落標題4: 加劇的張力：新的測量結果的意義

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利用時間延遲宇宙學獲得的新測量結果，更符合對鄰近宇宙的觀測，而與從宇宙微波背景輻射（CMB）得出的測量結果不太一致。這種差異的持續存在，強化了哈伯張力可能並非僅僅源於測量誤差的觀點，而是暗示了我們對宇宙組成或演化的基本理解可能存在缺陷。

「我們對哈伯常數的測量與其他當前的觀測結果更加一致，而與早期宇宙的測量結果不太一致。這證明了哈伯張力可能確實源於真實的物理現象……」

這個結果表明，哈伯張力可能並非僅僅是測量上的誤差，而是可能指向宇宙學中新的物理學。

子段落標題5: 新物理學的曙光：哈伯張力的深遠影響


哈伯張力的存在，可能指向超出宇宙學標準模型的新物理學。科學家們正在積極探索各種理論解決方案，以解釋這種差異。潛在的解決方案包括修改暗能量、暗物質，或是在早期宇宙中引入新的粒子或相互作用。

「哈伯張力很重要，因為它可能指向宇宙學的新時代，揭示新的物理學。」

哈伯張力不僅僅是一個測量上的矛盾，它更是一個探索未知領域的機會，有可能引領我們對宇宙的理解產生革命性的突破。 相關研究可以透過搜尋關鍵字”Hubble tension”、”time-delay cosmography”等關鍵字，在天文學和物理學的期刊中找到。

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子段落標題6: 未來的方向：提高精度與樣本規模

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未來的研究將著重於增加時間延遲透鏡系統的樣本量，以提高測量的精度，並最終解決哈伯張力。這涉及識別和研究更多被大質量星系重力透鏡化的類星體，並改進分析技術。

「這項工作的主要重點是改進我們的方法，現在我們需要增加樣本量，以提高精度並果斷地解決哈伯張力。」

此外，解決透鏡星系中質量分佈的不確定性，對於在時間延遲宇宙學測量中實現更高的精度至關重要。透鏡星系內的質量分佈會影響光線的彎曲和時間延遲，從而引入潛在的誤差來源。透過更精確地了解透鏡星系的質量分佈，我們可以更準確地測量哈伯常數，並更接近解決哈伯張力。

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University of Tokyo. (2025, December 9). New cosmic lens measurements deepen the
Hubble tension mystery. ScienceDaily. Retrieved December 9, 2025 from
www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251209043036.htm\n—\n Story Source:
Materials provided by University of Tokyo. Note: Content may be edited for style and length.