在最初，整个空间都像铃铛一样鸣响。
那是大爆炸之后的瞬间，宇宙充满了炽热的等离子体——一种充满能量的粒子和辐射的汤。虽然等离子体非常平滑，但并非完全平滑。加州大学戴维斯分校的宇宙学家劳埃德·诺克斯说，存在轻微的密度和压力梯度推动物质运动，“当物质被推动时，那就是声波。”
这种鸣响发生在每个地方，强度如此之大，以至于138亿年后我们仍然可以感知到它。它已经在宇宙微波背景辐射中被直接探测到，这是大爆炸逐渐消退的火球留下的余辉，并且已经通过研究太阳结构的相同基本物理学进行了密切分析。事实上，原始的 reverberation（回响）被测量和建模得非常好，以至于它已被用于推导出宇宙膨胀的精确速率，这个数字被称为哈勃常数。反过来，该常数是我们现代理解宇宙的大小、年龄和结构的基础。
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但这种看似的胜利最近让诺克斯和他的同事陷入了争议和困惑。如果宇宙学家的主流宇宙理论是正确的，那么在现代计算哈勃常数的所有方法都应该给出相同的答案。从古代声波推断出的值应该与从对遥远恒星和星系的光的独立研究中得出的值完全匹配。实际上，一系列研究表明，这两种方法产生了令人烦恼的分歧——研究人员越努力地解决这个问题，冲突似乎就越明确。
一种可能性是有人犯了错误。然而，随着证据的积累，诺克斯已经开始接受另一种可能性：错误不在于他的同事，而在于宇宙本身。如果是这样，弄清楚为什么空间的鸣响方式与他们预期的不同，可能会引导宇宙学家发现以前未知的物理学，从而可能揭示现实的全新方面。诺克斯和他的合著者在一项新研究，发表在The Astrophysical Journal（《天体物理学杂志》）上，探讨了这种诱人的可能性。“在过去的两年里，”他说，“我已经从认为‘一定是他们做错了什么’演变为认为‘哇，也许他们没有做错任何事情。也许这是我一直在等待的线索！’”
追逐声视界
在他们的论文中，诺克斯和他的公司将注意力集中在声视界上，这是宇宙学家研究早期宇宙的一个晦涩但至关重要的方面。在大爆炸之后，由光和物质相互作用产生的声波在炽热的、充满等离子体的宇宙中自由传播。大约38万年后，物质冷却到足以形成原子，与光脱钩并抑制了声波。突然，鸣响停止了，将最终的、冻结的波浪模式印在逃逸的光中，我们今天在宇宙微波背景辐射中看到了它。
声视界定义了那些最终波浪的大小。“在等离子体消失时，声音扰动将传播多远？那个距离就是声视界，”诺克斯说。
正如您可以从铃铛的鸣响方式中直观地了解铃铛的品质（一个小玻璃铃铛听起来与一个大的黄铜铃铛完全不同），研究人员可以从微波背景辐射中记录的宇宙声音中推断出宇宙的精确属性。这就是他们如何自信地宣布宇宙由 4.8% 的普通物质、26% 的被称为暗物质的看不见的物质和 69% 的暗能量组成，暗能量是一种神秘的反引力力，它将空旷的空间拉开。更重要的是，对于我们的故事而言，这也是他们可以高精度地推导出宇宙膨胀率的一种方式。
2015 年，由剑桥大学的乔治·埃夫斯塔西奥领导的一个庞大团队，分析了欧洲航天局普朗克探测器的微波测量数据，并揭示了宇宙的重要统计数据。他们的结果表明，宇宙正在以每秒每百万秒差距 67.8 公里的速度膨胀（“百万秒差距”是等于 326 万光年的距离单位）。宇宙学家通常会省略掉最后那个拗口的词，而只是简单地说哈勃常数在 67 到 68 之间。
与此同时，相互竞争的天文学家小组一直在以一种截然不同的方式研究宇宙的膨胀，即寻找已知距离的变星或超新星爆炸，然后直接测量它们远离我们的速度。这种“距离阶梯”方法比听起来更棘手。计算数百万光年以外的距离是一项微妙、耗时的任务，充满了各种系统性错误的可能。如果恒星的位置错了，那么整个计算就会出错。
“每次你提高精度，你都必须达到系统误差的新水平。这就是让我夜不能寐的原因，”芝加哥大学的温迪·弗里德曼说，她已经在哈勃常数问题上努力了三十多年。通过不断降低不确定性并利用最新的观测结果的变星，她的团队得出了他们自己的高精度答案：73.2——争议由此而来。“这两个数字在 10% 以内达成一致，这是一个了不起的进步，”她说，但粗略的一致性已经不够好了。“误差条肯定不重叠，而且没有任何明显的可能导致差异的原因。”为了找出任何不明显的难题，她正在开发一种使用红巨星作为参考点的新型距离测量方法。与此同时，她正在进行一项双盲实验，以重新分析她所有的现有数据，以查找偏差和错误。
双方的宇宙学家也在向外部团体寻求指导。到目前为止，那些裁判只是加深了谜团。加州大学洛杉矶分校的一项研究，研究了光线如何被遥远的星系弯曲，得出的哈勃常数为 72.5，接近距离阶梯的结果。与此同时，一项同样令人信服的研究，研究了原始声波如何影响现代宇宙中星系的分布，得出的常数是——你猜对了——67。锚定在声视界的哈勃常数计算结果始终低于基于对恒星和星系的观测结果的计算结果——没有人知道为什么。
一个复杂的黑暗宇宙？
所有测量结果都可能正确的一种方式是，科学家对这些测量结果的解释存在问题。诺克斯指出，我们对声视界起源的所有了解都取决于宇宙在其看不见的最初 38 万年期间如何表现的理论模型。如果模型是错误的，并且声视界的大小与他们预测的不同，那么这种调整将改变从中得出的所有数字，包括哈勃常数。“如果存在宇宙学解决方案，那必须是导致较小声视界的解决方案，”诺克斯说。将其缩小 7%，所有研究都愉快地彼此达成一致。问题是，完全不清楚是什么原因导致了这种缩小。在几乎所有其他方面，模型和观测结果都紧密地结合在一起。
“很难想到一个完美解释一切的答案。它必须是复杂的东西，因为我们已经尝试了所有简单的事情，”伯克利宇宙物理学中心的研究员马里乌斯·米莉亚说，他是诺克斯的合著者之一。他指出，列出不起作用的东西要容易得多：未被发现的中微子类型？不是。光子之间的新型相互作用？不不。它们都与数据冲突。
在诺克斯看来，最令人信服的解释是，极早期宇宙的膨胀速度略快于预期。如果是这样，那么它的冷却速度会更快，并且会更早地冻结声视界。那么声视界将比理论家们插入他们模型中的声视界小，并且——问题解决了！或者更确切地说，问题再次被推迟了，因为现在你需要一些解释来解释是什么让早期宇宙更快地起飞。
诺克斯有他的怀疑。“潜在地，这正在引导我们走向‘黑暗领域’中的一种新成分，”他说，他指的是宇宙学家对宇宙中不以任何方式与辐射相互作用的不可见成分的统称。研究人员已经调用暗物质来解释星系运动，并调用暗能量来解释宇宙的加速膨胀。诺克斯认为，哈勃常数的不同测量结果可能是第三种黑暗成分存在的第一个迹象——也许是“黑暗涡轮”，它增加了早期宇宙的能量，加速了它的膨胀并改变了它的声音的音调。一个相关的可能性是暗能量具有不止一种形式，或者随着时间的推移以复杂的方式变化。最近一项使用 NASA 的钱德拉 X 射线天文台对 1,598 个遥远类星体的研究，为后一种解释提供了有趣的，如果说是初步的证据。
调用一些新的和看不见的东西来解释令人困惑的结果似乎是一种作弊行为，但诺克斯从相反的角度看待这种情况：哈勃常数的冲突可能正在将宇宙的一个直到现在还完全没有被探测到的方面带入视野。而且他不认为存在多种类型的黑暗元素有什么奇怪之处。他指出，宇宙的可见部分包含许多不同类型的粒子和力，并问道：宇宙的黑暗面难道不能也很复杂吗？
无论如何，这不是一场哲学辩论，而是一个具体的科学问题。南极望远镜和智利阿塔卡玛宇宙学望远镜对早期宇宙的新观测将进一步探测声视界。诺克斯也是一个名为CMB-S4的拟议的下一代地面项目的一部分，该项目旨在以高灵敏度绘制微波天空的极化图。此外，弗里德曼几乎完成了她的综合数据重新分析。引力波研究也将提供一种完全独立的方式来评估真实的哈勃值。
很快，数据将确定科学家们一直在追逐错误，还是在宇宙中一个未被发现的领域中取得进展。“如果结果证明是基础物理学的新发现，那就更有趣了——但这不由我们想要它成为哪种方式来决定，”弗里德曼说。“宇宙不在乎我们怎么想！”