一、悬而未决的宇宙学难题 宇宙正在膨胀已是共识，但膨胀到底有多快，仍是宇宙学最具争议的问题之一；描述这个速率的关键参数是哈勃常数。当前主要有两条彼此独立的测量路径：第一条以Ia型超新星为“标准烛光”，通过近邻宇宙中天体亮度与距离的关系推算哈勃常数，通常得到偏高的数值；第二条在宇宙学标准模型框架下，结合宇宙微波背景辐射数据，从早期宇宙出发反推出哈勃常数，得到偏低的数值。两者差异显著，被称为“哈勃张力”。 这不是可以忽略的小偏差。如果两种方法的系统误差已被充分控制，而差异仍长期存在，就可能意味着现有宇宙学标准模型需要修正，或存在尚未被发现的新物理。因此，寻找第三种完全独立的测量手段，成为当前研究重点。 二、引力波：开辟宇宙观测新维度 引力波是质量体加速运动在时空中激起的涟漪，由爱因斯坦的广义相对论在一个多世纪前预言。2015年，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接探测到双黑洞并合产生的引力波信号，人类由此进入引力波天文学时代。此后，LIGO与欧洲Virgo、日本KAGRA协同观测，已记录多起致密天体并合事件，为宇宙学提供了新的观测窗口。 与电磁波观测不同，引力波不易被星际尘埃遮蔽，能够跨越极远距离携带信息。这一优势使其有望成为测量哈勃常数的独立工具。 三、随机信号方法：从背景噪声中提取宇宙信息 本次研究的关键在于提出“随机信号”方法。研究团队指出，宇宙中存在大量遥远且微弱的致密天体并合事件，它们无法被逐一识别，但叠加后会形成连续的引力波背景噪声。 团队认为，这一背景噪声的强度并非纯粹随机，而与宇宙膨胀速率有关。在给定红移范围内，若哈勃常数偏低，对应的宇宙体积相对较小，单位体积内的并合事件密度更高，背景信号更强；反之，若哈勃常数偏高，宇宙膨胀更快、体积更大，背景信号相对更弱。通过精确测量背景噪声的强度分布，就可反推哈勃常数，实现独立于超新星与宇宙微波背景的第三种测量路径。 研究团队已将该方法用于现有LIGO-Virgo-KAGRA联合观测数据，完成概念验证分析。初步结果更倾向于支持较高的哈勃常数数值。研究人员也指出，受限于当前探测器灵敏度，现阶段仍不足以给出定论，但方法的可行性已得到初步验证。 四、六年窗口期：从验证走向定论 团队预计，随着全球引力波探测网络的灵敏度持续提升，未来约六年内，探测器将具备更实质的引力波背景探测能力。届时，“随机信号”方法有望从概念验证走向可操作的测量工具，与超新星距离阶梯法、宇宙微波背景分析法一起，形成测量哈勃常数的三条独立路径。 多信使天文学的发展也为这一方向提供支撑。将引力波与电磁波观测结合，不仅有助于提高单次事件的测量精度，也能通过交叉验证继续压缩误差，提升结论可信度。 五、深远意义：不止于一个数字 破解哈勃张力的意义不只是确定一个参数。如果三种独立方法最终仍无法收敛到同一数值，可能意味着宇宙学标准模型存在关键缺口，涉及暗能量本质、早期宇宙物理过程等核心问题，甚至指向新的理论框架。反之，若引力波方法能为某一数值提供独立支持，将大幅增强相关结论的可靠性，并推动宇宙学研究进入新阶段。 该研究由伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校Nicolas Yunes与芝加哥大学Daniel Holz等人主导，成果发表于国际学术期刊《物理评论快报》。
人类对宇宙的探索从未停步。从光学望远镜到引力波探测，每一次观测手段的更新都带来新的视角。这项研究不仅展示了引力波天文学在宇宙学问题上的潜力，也预示多信使天文学将为破解宇宙关键谜题提供更直接的线索。当科学家学会“聆听”时空的涟漪，更多隐藏在黑暗中的答案将逐步浮现。