[2516] Hubble Tension

Title Text:Oh, wait, I might’ve had it set to kph instead of mph. But that would make the discrepancy even wider!

Origin:https://xkcd.com/2516/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2516:_Hubble_Tension

哈勃张力

哦等一下,我好像预设的是千米每小时而不是英里每小时,但这样一来差异就更大了!

http://xkcd.in/comic?lg=cn&id=2516

马尾辫告诉Cueball关于宇宙膨胀,告诉他对膨胀率的三个主要估计,而且他们都不同意。然后她告诉他两种众所周知(而且非常复杂)的方法,最后的笑话是第三种方法是由一个名叫戴夫的人(他从面板外回复)执行的,他声称用一个雷达枪,好像星系在地球上飞驰。

1920 年代,埃德温·哈勃Edwin Hubble)和其他人发现了大多数星系正在远离我们,并且到星系的距离与速度成正比(通过红移测量)这一事实。这个比例常数被称为哈勃常数

测量哈勃常数的一种方法是测量到(相对)附近星系的距离。一旦获得距离,就可以通过测量红移轻松获得速度,从而计算出哈勃常数。事实证明,测量距离非常困难,因为遥远的明亮恒星与距离较近的暗星看起来相同,局部运动会影响衰退的速度——尽管不那么显着,但由于多种原因,距离较远的物体是你学习。

在实践中,天文学家有多种测量距离的方法,适用于不同的尺度,它们可以用来测量到遥远星系的距离。这被称为宇宙距离阶梯

第一个梯级是视差。当地球围绕太阳运行时,附近的恒星似乎相对于远处的恒星略微移动;据说移动一秒弧度的恒星距离为 1 秒差距——大约 3¼ 光年或 30 万亿 (3×10 13 ) 公里。

下一个梯级是造父变数,它周期性地变亮和变暗。变化的频率与恒星的绝对亮度有关,因此通过比较绝对亮度和相对亮度(服从平方反比定律,否则不会被遮挡)可以测量距离。

最后一个梯级是Ia 型超新星,它发生在一颗吸积的白矮星超过 1.4 个太阳质量时。由于初始质量始终相同,爆炸的绝对亮度也相同,因此可以类似地计算距离。

将这些放在一起,哈勃常数的最佳测量值为 73 公里/秒/秒秒差距。

这与测量哈勃常数的另一种主要方法相冲突,后者分析宇宙微波背景(CMB) 辐射的组成,得出的值为 68 公里/秒/秒秒差距。差异在统计上是显着的,并且远远超出每次测量的误差范围。

由于 CMB 技术依赖于我们对早期宇宙的理解和假设,以及广义相对论在大尺度上的宇宙学效应,如果这种差异被证明是真实的,它可能是通往宇宙学和引力新发现的大门,以及可能揭示宇宙的起源和“万物理论”。宇宙学家对此感到非常兴奋。也可能是在宇宙距离阶梯的任何一个梯级中存在以前无法解释的错误,一旦修复,两个结果将是一致的。

这部漫画中介绍的第三种方法是一个叫 Dave 的家伙,他试图使用雷达测速枪(如警察用于检测超速汽车)来尝试测量天体的运动。雷达系统的工作原理是从枪发射电磁辐射,然后测量返回的辐射以确定中等距离的物体移动多远或移动多快。由于所需的传输和返回时间(以及平方反比定律),雷达设备将只能获取有关最近物体的信息,例如月球(一种月球反弹)和其他绕地球运行的物体(或者也许太阳),在轨道上的影响完全支配任何可能的哈勃位移。这样做仍然需要非常强大的雷达系统,比如以前的阿雷西博望远镜,才能从那么远的地方获取任何有用的信息;手持雷达枪无法“锁定”这些距离,更不用说遥远的星系了。

正如其他两个估计所表明的那样,通过逆向计算粗略“理想化”的宇宙模型,每小时 85 英里(“英里/小时”;大约 137 公里/小时,“公里/小时”或“公里/小时”)的后退速度应该在大约 1700 到 1850 光年的距离处可以看到,大约是我们银河盘的厚度。太远无法使用雷达枪,也太近以至于无法排除任何重要的银河系恒星运动。如果该数字实际上是 85 公里/小时(1050-1130 ly),则大致相同,正如标题文本中所建议的那样。

除了实际上不正确之外,85 公里/小时的值与大约 53 英里/小时的速度有关,这可能是某些道路上通常观察到的交通速度(特别是如果有人明显使用雷达枪!)戴夫可能正在测量的两个方向的交通流量。戴夫可能指的是那种他可以更容易地找出速度的星系

这部漫画很可能取笑业余(想成为?)科学家通过报告使用日常工具进行的实验结果来诋毁既定科学事实的常见互联网现象。戴夫可能听说过哈勃常数的科学测量没有达成一致的事实,并决定尝试使用他掌握的工具解决争议,而没有意识到测量所需的误差幅度远远超出可以与常规对象一起使用的范围。

Dave 也可能缺乏对度量单位和维度的理解。马尾辫描述了普遍膨胀率的测量值,一种随距离变化的速度,以公里/秒/秒/秒为单位,维度为 1/T 或 1/时间。Dave 以英里/小时或公里/小时为单位进行测量,其尺寸为 L/T 或长度/时间。这些与官方单位是不可比的。戴夫似乎没有意识到这一点(马尾辫也没有引起 Cueball 或戴夫的注意)。

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