判斷錯誤！宇宙可能是球體

我們已知關于宇宙形狀的一切可能都是錯的。根據(jù)一項新的研究，宇宙可能不是像床單一樣平坦，而是像一個巨大的氣球一樣彎曲，而且這個氣球還在不斷膨脹。

這是11月4日發(fā)表在《自然-天文學》(Nature Astronomy)雜志上的一篇論文的結論。該論文研究了宇宙微波背景(CMB)的數(shù)據(jù)，這是大爆炸遺留下來的微弱熱輻射。然而，并不是所有人都信服這項新研究。研究人員的發(fā)現(xiàn)基于2018年發(fā)布的數(shù)據(jù)，既與多年來的傳統(tǒng)觀點相悖，也與最近另一項基于同一宇宙微波背景數(shù)據(jù)集的研究矛盾。

這篇新論文稱，如果宇宙是彎曲的，那這種彎曲會十分平緩，對我們的生活，或者太陽系甚至銀河系的移動都不會產生很大的影響。但是，如果我們走出銀河系，深入到黑暗太空中，一直以直線行進，那么最終你會繞一個圈，回到開始的地方。宇宙學家將這一概念稱為“封閉宇宙”。盡管已經存在了一段時間，但封閉宇宙的概念并不符合現(xiàn)有的宇宙運行理論，因此在很大程度上被科學家拒絕，取而代之的是所謂的“平坦宇宙”。在平坦宇宙中，宇宙向各個方向延伸，沒有邊界，也不圍繞自身循環(huán)。現(xiàn)在，研究人員在測量宇宙微波背景時得到了異常的數(shù)據(jù)資料，為封閉宇宙觀點提供了堅實的(但不是絕對的)證據(jù)。

梅爾基奧里在接受采訪時表示，開放宇宙就像一條被拉伸的床單，而封閉宇宙則更像一個膨脹的氣球。無論哪種情況，整個宇宙都在擴張。當床單展開時，每個點都在一條直線上遠離另一個點;當氣球膨脹時，其表面的每個點也離其他點越來越遠，但由于氣球的曲率，使這種遠離運動的幾何學更加復雜。

“這意味著，如果有兩個光子，當它們在一個封閉的宇宙中平行移動時，它們(最終)會相遇，”梅爾基奧里說道。但是，如果是在一個開放、平坦的宇宙中，光子在不受干擾的情況下，會一直沿著平行方向運動，而不會相互作用。

梅爾基奧里表示，傳統(tǒng)的宇宙膨脹模型表明，宇宙應該是平的。當我們回溯到宇宙膨脹的開始，到大爆炸后最初的0.0000000000000000000000001秒，根據(jù)大爆炸模型，你會看到一個難以置信的時刻：宇宙從最初那個無限小的點開始爆發(fā)，然后以指數(shù)級膨脹。迅速膨脹的物理學模型指向的是一個平坦的宇宙，這也是大多數(shù)科學家支持“平坦宇宙”的首要原因。

梅爾基奧里指出，如果宇宙并不平坦，你就必須“微調”原始機制的物理原理，使其完全吻合，并在此過程中重新進行無數(shù)其他的計算。研究人員在新研究中寫道，這一過程最終很可能是必不可少的，因為宇宙微波背景數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常。

宇宙微波背景輻射是我們在宇宙中能探測到的最古老的東西，由微弱的熱輻射(微波)構成。當你把恒星、星系和其他干擾阻擋在外時，宇宙微波背景輻射就會充滿整個空間。宇宙微波背景是關于宇宙歷史和行為最重要的數(shù)據(jù)來源之一，因為它太古老了，而且遍布整個宇宙。根據(jù)最新的數(shù)據(jù)，宇宙微波背景輻射的“引力透鏡效應”比預期的要大得多，這意味著引力對宇宙微波背景輻射的彎曲作用似乎超過了現(xiàn)有物理學所能解釋的范圍。

研究團隊利用的數(shù)據(jù)來自于2018年發(fā)布的普朗克衛(wèi)星實驗。這是歐洲空間局(ESA)的一項科學計劃，旨在盡可能更詳細地繪制宇宙微波背景輻射。新的數(shù)據(jù)將發(fā)表在即將出版的《天文學與天體物理學》(Astronomy & Astrophysics)雜志上，目前已經可以在歐洲空間局的網站上找到。迪·瓦倫蒂諾和梅爾基奧里也參與了這項計劃。

為了解釋額外的引力透鏡現(xiàn)象，普朗克衛(wèi)星協(xié)作團隊在該研究小組的宇宙形成模型中加入了一個額外的變量，科學家稱之為“A_lens”。梅爾基奧里表示，這個變量是另外放進去的，用來解釋所看到的異?，F(xiàn)象，和物理學沒有關系。換句話說，在愛因斯坦的相對論中并沒有A_lens這個參數(shù)。“我們發(fā)現(xiàn)，A_lens可以用正曲率的宇宙來解釋，這比用廣義相對論來解釋的更符合物理學，”梅爾基奧里說道。

梅爾基奧里還指出，這種解釋并不是結論性的。根據(jù)研究小組的計算，普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)指向正曲率宇宙(即封閉宇宙)的顯著性水平超過99%。

不過，一些宇宙學家表示，這項研究還有很多值得懷疑之處。美國斯坦福大學的宇宙學家安德烈·林德(Andrei Linde)表示，《自然-天文學》雜志的論文沒有考慮到10月1日發(fā)表在arXiv數(shù)據(jù)庫上的另一篇重要論文(該論文尚未發(fā)表在同行評議期刊上)。那篇論文的作者，劍橋大學的宇宙學家喬治·埃夫斯塔西奧(George Efstathiou)和史蒂芬·格拉頓(Steven Gratton)也參與了普朗克合作項目，他們研究的數(shù)據(jù)要少于梅爾基奧里等人發(fā)表在《自然-天文學》的論文。他們的分析結果也支持了一個彎曲的宇宙，但與這項涉及更多普朗克數(shù)據(jù)的新研究相比，他們的統(tǒng)計可信度要低得多。然而，當埃夫斯塔西奧和格拉頓將這些數(shù)據(jù)與其他兩個早期宇宙的現(xiàn)有數(shù)據(jù)集一起研究時，卻發(fā)現(xiàn)，總體而言，這些證據(jù)指向了一個平坦的宇宙。

當被問及如何評價埃夫斯塔西奧和格拉頓的論文時，梅爾基奧里稱贊他們對數(shù)據(jù)的精心處理，但表示兩人的分析所依賴的普朗克數(shù)據(jù)片段太少。他還指出，他們的研究基于改良版的普朗克數(shù)據(jù)，而不是600多名物理學家審查過的公共數(shù)據(jù)。

安德烈·林德則認為，這種重新分析表明，埃夫斯塔西奧和格拉頓的論文基于更好的方法。埃夫斯塔西奧在一封電子郵件中指出，如果宇宙是彎曲的，那將會帶來許多問題，與其他早期宇宙的數(shù)據(jù)集和膨脹觀測結果相矛盾。

梅爾基奧里也認為，封閉宇宙模型會給物理學帶來很多問題。“我不想說我相信宇宙是封閉的，”他說，“我比較中立。我會說，讓我們等待現(xiàn)有數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)能說明什么吧。我認為現(xiàn)在的結果存在矛盾，我們必須很小心地找出造成這個矛盾的原因。”(任天)

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