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宇宙的形狀有結論了 然而或許一場危機要來了…(圖)

新聞 雅婷 1周前 (11-07) 21次浏览

[摘要] 研究人員稱,最新的這項研究結果表明,現在的宇宙一致性模型(Concordance
Model)可能需要被徹底反思了。

文/時代財經 盧潔萍

宇宙的形狀有結論了 然而或許一場危機要來了…(圖)

宇宙微波背景

以往我們所知道的關於宇宙形狀的看法可能都錯了。11月4日,一篇刊登在《自然天文學》雜誌上的論文指出,我們的宇宙可能並不像紙那樣平坦,而更像一個巨大的膨脹氣球,是封閉且彎曲的。

在分析了歐洲航天局普朗克衛星2018年的數據後,該論文作者Eleonora Di Valentino、Alessandro
Melchiorri 和Joseph Silk在宇宙微波背景(CMB,cosmic microwave
background)的功率譜中發現了增強的引力透鏡幅度,而這與標準λ-CDM模型的數據是有出入的。

這就意味著引力對CMB的彎曲作用似乎比現有物理學所能解釋的要大得多。

宇宙微波背景(下簡稱“CMB”)是宇宙大爆炸時期遺留下來的熱輻射,這是宇宙中存在的最古老的光芒。

而普朗克衛星的主要任務就是檢測CMB溫度的微小波動,對CMB溫度漲落的研究是解鎖有關宇宙學模型和參數的關鍵,正是這些信息定義了宇宙的膨脹、組成以及宇宙大尺度結構(Large-scale
structure of the universe)的起源。

論文作者們用“封閉的宇宙”來解釋這一異常的效應。“一個封閉的宇宙可以為這種效應提供物理解釋,CMB光譜現在更傾向於是一種大於99%置信度水平的正曲率。”他們寫道,“在這裏,我們將進一步研究封閉宇宙的證據,表明正曲率可以解釋引力透鏡的異常振幅。”

根據論文,如果宇宙是彎曲的,那麽它是在緩慢地彎曲的。雖然這種緩慢的彎曲對我們在地球、太陽係甚至銀河係中的移動都並不重要,但如果我們超出銀河係,往銀河係以外、往更遠的深黑處一直向前直線走,我們最終就會繞一圈回到我們最初的出發地。

論文作者之一Melchiorri在接受國外媒體采訪時就舉例,“這意味著,如果你有兩個光子,它們在一個封閉的宇宙中平行傳播,它們將(最終)相遇。”

事實上,這種發現已經有一段時間了,關於宇宙到底是不是平的爭論也早已有之。早在2004年,美國航空航天局(NASA)的威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)人造衛星就檢測出了波動異常的CMB溫度。當時就有專家認為這表明了人們生活在一個不均衡的宇宙中,但也有專家認為這或許隻是一個係統錯誤。隨後在2013年,普朗克衛星的檢測結果又再一次指向了宇宙的不對稱性。

不過,這種現象並不符合現今的宇宙理論。作者們就在論文中表示,以往關於“宇宙是平的”的假設掩蓋了一個宇宙論危機,因為現在所觀察到的宇宙特性都是相互矛盾的。“現在的宇宙一致性模型(Concordance
Model)可能需要被徹底反思了。”

根據目前被廣泛接受的宇宙暴脹理論,宇宙是平的,其暴脹主要由名為暴脹的量子場所驅動,暴脹有兩方麵的作用:它觸發了宇宙初期的快速膨脹並產生微小的密度波動,密度更大的區域會吸收更多物質並最終形成我們現在看到的星團和星係。

但這一理論無法解釋宇宙的不均衡性,隻能作為一種統計學上的大概。暴脹理論創始人之一Paul J
Steinhardt將結果和觀測不符的加速膨脹階段稱為“壞暴脹”,並把和觀測相符的膨脹稱為“好暴脹”,他就曾在其2011年發表的論文中表示,“不但壞暴脹比好暴脹更有可能,而且沒有暴脹的宇宙比兩者可能性更大……整體來說形成平坦宇宙的可能性很低。”

當然前文作者們還謹慎表示,關於這些數據還需要進一步研究,以確定這異常的觀察結果究竟是因為還有其他係統因素沒檢測到,還是這確實是新的物理結論,抑或隻是統計上的波動。

“我還不想說我相信宇宙是封閉的,我是更傾向中立的。”劍橋大學的宇宙學家George
Efstathiou則在接受國外媒體采訪時表示,“我更想說的是,讓我們等等新的數據並看看這些新的數據會說些什麽。現在確實有些差異,我們必須更為謹慎地去找出是什麽造成了這些差異。”

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