矛盾的哈勃常数
哈勃常数（H0）应该算是宇宙学最基本的参量之一了。它是宇宙当前膨胀速度的度量，根据哈勃定律，其与星系退行速度的除商也就反映了距离，个中意义不言自明。所以从观测宇宙学诞生之初，确定哈勃常数就成了诸多研究者苦苦追寻的圣杯。从哈勃时代利用有限的样本确定出的数百，到如今最新的70上下，H0测量结果的演变也反映了当代天文观测的进步史。但是近些年来，测定H0的小圈子里却是不怎么太平，两类不同方法给出的结果出现了天文学意义上较为明显的差异。最近一篇相关论文较为系统地介绍了问题的现状，就此大概说一说这到底是怎么一回事吧。
当然，这里所说的差别并不是哈勃时代的四、五百与当今典型值之间的差别，根本就没有那么明显。不同方法给出的H0数值差别只有5-6，在哈勃的时代看来简直是不可思议的。但是事情在于，这些结果各自的误差范围也只有2%左右。能够彼此之间出现5-6的整体差异，其置信度高达3σ以上，甚至有可能接近4σ。换句话说，说因为不同观测的误差导致了这样的差异，那种概率只有千分之几，按照天文学的观点来看，简直就是小到了可以忽略不计的地步。
2001-2017年间使用不同方法测定的H0数值及其误差范围的比较。
上图看上去好像还可以？来，让我们重新分一下类，再来看一看：
图片提供：Ana Aceves
上图中，左侧的三个数据点是根据WMAP与普朗克卫星的微波背景辐射观测导出的哈勃常数数值；右侧的四个数据点则来自更为传统的近域宇宙测量法，所能借助的最经典媒介就是使用具备良好周光关系的就是造父变星，这一方法还能通过Ia型超新星、星系标度关系等扩展到更远的宇宙中去。总的来说，前者给出的数值偏低，后者更高，而且利用同一方法得出的结论大致相容，但如果将两类结果放在一起，区别就变得很明显了。
这两类方法的区别何在？分析宇宙微波背景辐射相当于从前向后测量；借助标准烛光测距则是从后向前测量。宇宙背景辐射给出的信息是温度起伏的尺度，它经由一系列方程最终能够与哈勃常数扯上关系，原理相关的方法还有观测重子声学振荡的尺度（如第一张图中的数据点“SDSS BOSS”）；标准烛光天体的视亮度则直接反映出了距离，再根据从光谱红移求算出的退行速度，不难直接得出哈勃常数的数值。从两个方向上测得的结果不一致，这不能不说是宇宙学的大麻烦。
那么除了这两种方法之外，我们还能不能利用其他手段来敲定H0的大小？答案是肯定的。去年著名的引力波事件GW 170817就提供了这样一个机会。根据一种早在30多年前即已提出的方法，单凭双中子星并合产生的引力波“哨音”（Siren）就可以确定并合事件的距离。而GW 170817还幸运地得到了引力波与电磁波的多信使观测，又被辨认出了宿主星系。这样一来，就可以结合星系的信息和哈勃常数的大概数值，对H0作出进一步的限制了。根据GW 170817得到的结论是H0 ~ 70，正好介于微波背景辐射的~ 67和标准烛光的~ 73之间。但是类似的双中子星并合事件至今仍然只有这一例，单次测量很容易受到随机因素的影响，说服力有限。
使用GW 170817及其宿主星系NGC 4993对哈勃常数数值作出的限制（蓝色），图中还标出了普朗克卫星（绿色）和Ia型超新星（橙色）给出的类似限制，可见之间存在明显差别。（图片来源：Risaliti & Lusso 2019）
还有一种途径是H0Li COW计划使用过的类星体引力透镜成像。在前景大质量星系/星系团的影响下，原本的类星体影像一分为N。由于光线在引力透镜系统中受到了弯折，来自不同影像的光线在抵达地球之前所走过的光程也有所不同。而类星体本身的辐射具备多变的特性，因此不同的像光变曲线也存在一个延迟。通过分析这其中的时差长短，研究者就可以了解系统中不同光路的距离，进而计算出哈勃常数了。这个小组在2016年深秋发表了他们根据3个透镜系统多年的行为得出的H0数值，它也是介于前述两种主要结论之间，但是误差范围同样不小。
H0Li COW计划的目标之一，具有多重引力透镜像的类星体HE 0435-1223。（图片来源：Bonvin et al. 2016）
看来要想认识H0测量结果矛盾的起源，只能通过更多、更好的观测（既包括方法，也涉及数量）的积累来达到了。比如倘或未来能将哈勃常数确定到1%或更精确的水平上，我们就能够进一步敲定如今所面临的差异是否存在。但如果差异的确是真实的，又要如何解释才好？文章开头提到的那篇论文涉及了新物理，本人对此了解极少，不敢多言，但隐约感觉这就是类似于19世纪末20世纪初两朵物理乌云大肆飞扬的前奏……
10月补记：近日《天文爱好者》杂志的编辑询问，能否就近日哈勃定律更名Hubble-Lemaître定律一事撰写介绍，自己才知道了国际天文学联合会的这个表决。个人观点：这纯属吃饱了撑的！且不说在Lemaître之前其实Alexander Friedmann就已经从理论上推导出了哈勃定律的形式，也不提像IAU这样的国际组织有无替某沿用至今的定理定律定名的权力，更不说投票过程中的重重争议，哪怕在IAU的决议上，Hubble-Lemaître Law这个名词也只不过是一个“建议”（recommend）而非“决定”（resolve，参见问题更多的行星定义变更），就从所用字眼来看，这个决议其实并不具备指挥天文工作者的效力。
有趣的是，Wikipedia的英文版和中文版对哈勃定律的描述并不一致：英文以“Hubble’s law, also known as the Hubble–Lemaître law”开篇，表示新名只是一个说法而已；中文却称“原先称为哈勃定律，以證實者埃德温·哈勃的名字命名；2018年10月经国际天文联合会表决通过更改为现名，以纪念更早发现宇宙膨胀的比利时天文学家乔治·勒梅特”。鉴于中文版Wikipedia的专业性一直有所欠缺，还是参考英文版为佳。
顺便一提，就算完全忽略Lemaître的贡献，只称哈勃定律也真的算不得什么问题。带有争议的科技名词实在太多，比如著名的八木定向天线，这几个字简直能让真正的发明人——宇田新太郎直接哭晕在地板……而且不同于哈勃对宇宙膨胀定律无可辩驳的贡献，八木天线所指的这位八木秀次，在天线发明的过程中没有起到任何作用，只是事后替他那位年轻的同事做了不少宣传而已，结果就在全世界范围内被普遍误认为是发明者近百年。英文版Wikipedia对这其中的故事描述很明确，而且也正视了宇田的功劳（“A Yagi–Uda antenna, commonly known as a Yagi antenna”）；但中文版就非常之不厚道了，词条名至今还是只称八木。我说你们这帮中文撰写人，对IAU一个乱七八糟还夹塞私货的建议跟风倒是跟得紧，到了真正应该强调史实、纠正大众错误认知的时候为何就集体失声了？难道是因为后者最早是由John D. Krauss在《天线》一书中得到了澄清，专业教材的公众影响力非常有限，于是就被完全无视了吗？以及天爱的编辑们，火星发现流水的新闻你们找借口说太过专业/非中国学者作出的进展所以不肯提及，快速射电暴相关内容嫌青少年大概或许可能应该没兴趣了解于是不准发表，对于这种不值得一提的破事，怎么倒是如此打鸡血呢？
以及，H0Li COW的最新结果是H0 ～ 72.5，接近于标准烛光的测量，略无语……
