宇宙学中最大的谜团之一是宇宙膨胀的速度。这可以使用宇宙学标准模型（也称为Lambda 冷暗物质（CDM））进行预测。该模型基于对大爆炸留下的光（即所谓的宇宙微波背景光（CMB））的详细观测。

宇宙的膨胀使星系彼此远离。它们离我们越远，移动得越快。星系的速度和距离之间的关系由哈勃常数决定，该常数约为每秒每百万秒差距（天文学中的长度单位）43 英里（70 公里）。这意味着，距离我们每百万光年，星系的速度就会增加约每小时50,000 英里。

但不幸的是，对于标准模型来说，这个值最近引起了争议，导致了科学家所说的哈勃张力。当我们使用附近的星系和超新星（爆炸恒星）测量膨胀率时，它比我们根据CMB 预测的要高10%。

在《皇家天文学会月刊》上发表的一篇新论文中，我们提出了一个可能的解释：我们生活在太空中一个巨大的空隙（密度低于平均水平的区域）中。我们表明，这可能会因材料从空隙中流出而导致局部测量结果夸大。当空腔周围较致密的区域将其拉开时，就会发生流出。它们比空腔内密度较小的材料施加更大的引力。

在这种情况下，我们需要靠近一个半径约为10亿光年的洞的中心，该洞的密度比整个宇宙的平均密度低约20%，因此它并不是完全空的。

如此大而深的空隙在标准模型中是意想不到的，因此引起了争议。宇宙微波背景提供了婴儿宇宙结构的快照，表明今天的物质分布应该相当均匀。然而，直接计算不同区域的星系数量确实表明我们处于局部真空中。

调整万有引力定律

我们想通过假设我们生活在由早期小密度波动形成的大空洞中，通过匹配许多不同的宇宙学观察来进一步测试这个想法。

为此，我们的模型不采用CDM，而是采用称为修正牛顿动力学(MOND) 的替代理论。

MOND 最初是为了解释星系旋转速度的异常而提出的，这导致了一种被称为“暗物质”的不可见物质的建议。相反，MOND 认为，这些异常现象可以通过牛顿引力定律在—— 中引力非常弱时失效来解释，就像银河系外部区域的情况一样。

MOND 中宇宙的整体膨胀历史与标准模型类似，但MOND 中的结构（例如星系团）增长得更快。我们的模型捕捉了MOND 宇宙中局部宇宙的样子。我们发现，这会导致今天膨胀率的本地测量值根据我们所在的位置而波动。

最近对星系的观测允许根据我们的模型在不同位置预测的速度对我们的模型进行重要的新测试。这可以通过测量称为体积流的东西来完成，体积流是给定球体中物质的平均速度，无论是否致密。这随球体的半径而变化，最近的观察表明它的持续时间长达十亿光年。

有趣的是，这种大小的星系的整体流速比标准模型中预期的流速快四倍。它似乎还随着所考虑区域的大小而增加——，这与标准模型的预测相反。这与标准模型一致的可能性不到百万分之一。

CMB 温度波动（色差）。图片来源：NASA

这使我们了解我们的研究对总体流量的预测。我们发现它与观察结果非常吻合。这要求我们距离虚空的中心相当近，并且虚空的中心是最空的。

案子结了吗？

我们的发现正值哈勃张力的流行解决方案陷入困境之际。有些人认为我们只需要更精确的测量。其他人认为这个问题可以通过假设我们在当地测量的高扩张率实际上是正确的来解决。但这需要对早期宇宙的膨胀历史进行微调，以使宇宙微波背景看起来仍然正确。

不幸的是，一篇有影响力的评论强调了这种方法的七个问题。如果宇宙在宇宙历史的大部分时间里膨胀速度快了10%，那么—— 也会年轻10% 左右，这与最古老恒星的年龄相矛盾。

星系计数中深层且扩展的局部空腔的存在以及快速观测到的整体流动强烈表明，CDM 中的结构在数千万到数亿光年的尺度上增长速度比预期的要快。

有趣的是，我们知道巨大的星系团El Gordo 在宇宙历史上形成得太早，并且质量和碰撞率太高，无法与标准模型兼容。这进一步证明该模型中的结构形成太慢。

由于引力在大尺度上占据主导地位，因此我们可能需要扩展爱因斯坦的引力理论（广义相对论——），但仅限于大于100 万光年的尺度。

然而，我们没有好的方法来测量重力在更大尺度上的表现——不存在如此巨大的受重力约束的物体。我们可以假设广义相对论仍然成立并与观测结果进行比较，但正是这种方法导致了我们最好的宇宙学模型目前面临的非常严重的紧张局势。

人们认为爱因斯坦曾说过，我们不能用最初引起问题的相同思维来解决问题。即使所需的改变并不大，我们很可能会见证一个多世纪以来第一个可靠的证据，表明我们需要改变我们的引力理论。