宇宙可能是崎岖的:像微弱的气球

咱们已知关于宇宙形状的任何可能都是错的。根据一项新的研讨,宇宙可能不是像床单一致平展,而是像一个微弱的气球一致崎岖,而且这个气球还在不断膨胀。

这是11月4日发表在《天然-天文学》(Nature Astronomy)杂志上的一篇论文的结论。该论文研讨了宇宙微波背景(CMB)的数据,这是大爆炸遗留下来的微小热辐射。然而,并不是一切人都佩服这项新研讨。研讨人员的发现基于2018年颁布的数据,既与多年来的传统意见相悖,也与最近另一项基于同一宇宙微波背景数据集的研讨抵牾。

这篇新论文称,要是宇宙是崎岖的,那这种崎岖会非常平缓,对咱们的生涯,或者太阳系甚至银河系的挪动都不会产生很大的影响。但是,要是咱们走出银河系,深刻到黑暗太空中,一向以直线行进,那么最后你会绕一个圈,回到开端的地方。宇宙学家将这一律念称为“查封宇宙”。纵然曾经存在了一段空儿,但查封宇宙的概念并不符合现有的宇宙运行理论,因而在很大程度上被科学家回绝,取而代之的是所谓的“平展宇宙”。在平展宇宙中,宇宙向各个方向延长,没有边界,也不环绕自身循环。如今,研讨人员在测量宇宙微波背景时得到了十分的数据资料,为查封宇宙意见供应了坚实的(但不是千万的)证据。

梅尔基奥里在接收采访时表明,开放宇宙就像一条被拉伸的床单,而查封宇宙则更像一个膨胀的气球。不论哪种状况,整体宇宙都在扩展。当床单开展时,每个点都在一条直线上远离另一个点;当气球膨胀时,其表面的每个点也离其余点越来越远,,但因为气球的曲率,使这种远离运动的几何学更加复杂。

“这意味着,要是有两个光子,当它们在一个查封的宇宙中平行挪动时,它们(最后)会相遇,”梅尔基奥里说道。但是,要是是在一个开放、平展的宇宙中,光子在不受干扰的状况下,会一向沿着平行方向运动,而不会相互作用。

梅尔基奥里表明,传统的宇宙膨胀模型表达,宇宙应该是平的。当咱们回溯到宇宙膨胀的开端,到大爆炸后最初的0.0000000000000000000000001秒,根据大爆炸模型,你会看到一个难以置信的时辰:宇宙从最初那个无比小的点开端爆发,然后以指数级膨胀。迅速膨胀的物理学模型指向的是一个平展的宇宙,这也是大多数科学家支撑“平展宇宙”的重要缘故。

梅尔基奥里指出,要是宇宙并不平展,你就必要“微调”原始机制的物理原理,使其完整吻合,并在此过程中重新进行无数其余的计算。研讨人员在新研讨中写道,这一过程最后很可能是必不可少的,由于宇宙微波背景数据消逝了十分。

宇宙微波背景辐射是咱们在宇宙中能探测到的最古老的东西,由微小的热辐射(微波)构成。当你把恒星、星系和其余干扰阻拦在外时,宇宙微波背景辐射就会充斥整体空间。宇宙微波背景是关于宇宙履历和行径最主要的数据来源之一,由于它太古老了,而且遍布整体宇宙。根据最新的数据,宇宙微波背景辐射的“引力透镜效应”比预期的要大得多,这意味着引力对宇宙微波背景辐射的崎岖作用似乎超过了现有物理学所能阐明的范围。

研讨团队使用的数据来自于2018年颁布的普朗克卫星试验。这是欧洲空间局(ESA)的一项科学计划,旨在尽可能更仔细地绘制宇宙微波背景辐射。新的数据将发表在即将出版的《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)杂志上,当前曾经可以在欧洲空间局的网站上找到。迪·瓦伦蒂诺和梅尔基奥里也参加了这项计划。

为了阐明额外的引力透镜现象,普朗克卫星协作团队在该研讨小组的宇宙形成模型中参与了一个额外的变量,科学家称之为“A_lens”。梅尔基奥里表明,这个变量是另外放退去的,用来阐明所看到的十分现象,和物理学没有关系。换句话说,在爱因斯坦的相对论中并没有A_lens这个参数。“咱们发现,A_lens可以用正曲率的宇宙来阐明,这比用广义相对论来阐明的更符合物理学,”梅尔基奥里说道。

梅尔基奥里还指出,这种阐明并不是结论性的。根据研讨小组的计算,普朗克卫星的数据指向正曲率宇宙(即查封宇宙)的昭著性水平超过99%。

不过,一点儿宇宙学家表明,这项研讨还有很多值得猜疑之处。美国斯坦福大学的宇宙学家安德烈·林德表明,《天然-天文学》杂志的论文没有思虑到10月1日发表在arXiv数据库上的另一篇主要论文(该论文尚未发表在同行评议期刊上)。那篇论文的作者,剑桥大学的宇宙学家乔治·埃夫斯塔西奥和史蒂芬·格拉顿也参加了普朗克合作项目,他们研讨的数据要少于梅尔基奥里等人发表在《天然-天文学》的论文。他们的分析成果也支撑了一个崎岖的宇宙,但与这项涉及更多普朗克数据的新研讨相比,他们的统计可信度要低得多。然而,当埃夫斯塔西奥和格拉顿将这些数据宁可他两个早期宇宙的现有数据集一齐研讨时,却发现,总体而言,这些证据指向了一个平展的宇宙。

本报谈论:

当被问及怎样样评价埃夫斯塔西奥和格拉顿的论文时,梅尔基奥里称颂他们对数据的精心处理,但表明两人的分析所依附的普朗克数据片断太少。他还指出,他们的研讨基于改良版的普朗克数据,而不是600多名物理学家审查过的公共数据。

安德烈·林德则认为,这种重新分析表达,埃夫斯塔西奥和格拉顿的论文基于更好的方法。埃夫斯塔西奥在一封电子邮件中指出,要是宇宙是崎岖的,那将会带来众多课题,宁可他早期宇宙的数据集和膨胀观测成果相抵牾。

梅尔基奥里也认为,查封宇宙模型会给物理学带来很多课题。“我不想说我信赖宇宙是查封的,”他说,“我较为中立。我会说,让咱们等待现有数据和新数据能解释什么吧。我认为如今的成果存在抵牾,咱们必要很警戒肠找出造成这个抵牾的缘故。”

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