導語：

宇宙學家丹尼爾·霍爾茲2017年8月17日，他從香港出發，腦子裡縈繞著他講的各種想法，包括他希望有一天，太空的振動能解決一場關於宇宙大小和年齡的爭論。但他知道這需要時間。是時候讓現存的兩個最密集的物體在一起猛烈地敲擊並搖晃宇宙

，使我們能夠感受到地球上的隆隆聲，找到干擾的位置，以及在伴隨的暴光消失回到黑暗之前，將望遠鏡擺向碰撞的時間。

01

宇宙膨脹速度

樂觀的是，他在前一天的最後一次演講中告訴聽眾，

對這些中子星碰撞產生的引力波和光的這種配對觀測大約還有十年的時間。鐳射干涉儀引力波觀測臺(LIGO)已經探測到黑洞合併

。當他在太空中時，兩位附近的天體碰撞引起的引力衝擊波在他的整個星球上傳播開來，世界各地的觀測站都在爭先恐後地尋找後續的光學觀測。

1、LIGO的合作也許能在五年內解決這場長達數十年的爭論

霍茲回憶道：“我立刻接通了網路，就坐在膝上型電腦上開始工作。”“這是我一生中最奇妙的經歷。”著陸12小時後，他對宇宙學中最有爭議的宇宙膨脹的速度進行了封閉式計算。僅憑一個數據點，他就無法得到他十三年來一直夢想的決定性的測量結果，但他終於知道這個專案是可能的。

現在，在做了更多的數學運算之後，他又帶著一個新的預測回來了，根據他的說法，LIGO的合作也許能在五年內解決這場長達數十年的爭論。

2、宇宙膨脹的速度有多快？

對話圍繞一個問題展開：宇宙膨脹的速度有多快？從理論上來說，

找到哈勃常數這個答案很簡單。你從一個後退的物體開始，通常是一顆恆星在經歷一種特定型別的死亡。這些“1a型超新星”

總是以同樣的方式爆炸，因此研究人員可以根據它們的亮度來了解它們的距離。為了計算哈勃常數，你還需要知道爆炸從你身邊移動的速度，你可以透過觀察它的顏色得到它的速度，這是衡量它的光有多長。研究人員還可以對宇宙微波背景（CMB）輻射後不久遺留下來的資訊進行類似的處理。一旦你知道了膨脹的速度，你就可以向後工作，找出宇宙的確切大小和年齡，或者向前看它的未來軌跡。

3、問題是，目前的兩種計算給出了不同的結果

最近的估計超新星法（截至1月，每秒73。5公里/兆赫）CMB法（67。4，截至6月份）相差約9%。這種差異最初並沒有在現場引起太大的恐慌，因為在實踐中測量是非常困難的。一次遠距離的大爆炸看起來就像一次微弱的、近距離的爆炸，因此要找到超新星的距離取決於“宇宙距離梯”，這是一種複雜的技術，涉及到三種不同距離的物體之間的聯絡，或者說“階梯”。天文學家首先用基本幾何學來研究銀河系

後院閃爍的恆星，然後將這些知識傳遞給遙遠星系中行為相似的恆星，以獲得發生在那裡

的超新星的資訊。Holz說：“他們在很多方面都非常謹慎”。

研究中巴需要的是較少的機器，而是更多的假設

。背景輻射保留了宇宙發育初期不斷膨脹的記錄，為了推斷到現在，宇宙學家必須利用他們認為自己知道的在130億年間所做的重力、物質、暗能量和暗物質所做的一切。

任何一種方法都可能有許多缺陷，但即使每個陣營的天體物理學家都對他們的數學進行了檢查和重新檢驗，這兩種估計仍然拒絕收斂。現在，宇宙學界剛剛經歷了一系列令人難以置信的統計上的厄運，它的機率是千分之一。

02

用引力波計算宇宙膨脹速度

1、霍爾茲把自己的職業生涯押在引力波上

霍爾茲把自己的職業生涯押在引力波上。這個想法，起源於1986年投機票據美國物理學家伯納德·舒茨，另一種型別的死恆星可以取代超新星，成為衡量宇宙距離的更清潔的尺度。爆炸後，不太可能變成黑洞的巨型恆星會塌縮成中子星

，一團如此密集的粒子，甚至原子也會被壓碎。當兩具恆星身體相撞時，撞擊會引發一個稱為引力波的漣漪。

因為這些波在太空本身是起伏的，所以沒有什麼能阻擋它們。

他們不受塵埃和氣體雲的干擾，從墜機地點擴散到科學界運作的地球。三個L型探測器去抓他們。當波浪穿過行星時

，它會給它一個輕微的擠壓。每個L的一個臂大約比另一個短一個質子，這個儀器會通知世界各地的物理學家和天文學家。利用嚴格的廣義相對論方程，研究人員可以精確地測量碰撞距離，只需很少的計算和假設，不需要爬梯或粒子計數。

2、解決衝突需要將可能的錯誤縮小到2%或3%

霍茲在最近的論文中計算，解決衝突需要將可能的錯誤縮小到2%或3%，這將需要在去年觀察到的30到50次碰撞。基於LIGO日益增長的靈敏度和假設的中子星合併率，他現在希望有足夠的資料在五年內在哈勃常數競爭者之間做出決定。沒有參與這項工作的里斯同意引力波提供了一條看似合理且令人興奮的前進之路，

但他指出，很難猜出我們發現合併的頻率。“也許它們會長得更快，”里斯說，“但如果它們長得慢10倍，我就不想等50年了。”

霍爾茲承認，在事情發生一次之後，很難猜測事情會發生多少次

，但他說，如果他的數學做對了，就有理由進行最佳化。他的模型基於統計罕見事件的常用統計工具，預測到2026年將發現30到400起併購

。他預計，任何這些結果都會將哈勃常數的不確定性推到3%的南方，因此沒有人需要等待50年。如果引力波確實讓我們確切地記錄了宇宙的膨脹，有三種可能的結果。LIGO資料可以支援CMB方法，這意味著宇宙階梯無法準確到達超新星。里斯說，只有“錯誤陰謀”才能解釋為什麼六種獨立校準方法都失敗得如此之嚴重。

結語：

Holz和Riess都表示，如果中子星支援超新星計算，那將更加有趣，這將指出宇宙從誕生到現在是如何演化的錯誤假設，這是一個備受期待的新物理學跡象。Holz推測，引力的行為可能與我們所預期的不同，

也可能有一些未被發現的粒子在宇宙學的解釋中缺失。另外，LIGO還可以對哈勃常數進行完全不同的測量，這超出了超新星和CMB設定的範圍。