首頁>科學>

根據現有的理論,我們的宇宙來自於一場138.2億年前的大爆炸。在一個奇點內,包含著今天宇宙內的一切能量和品質,然後通過宇宙大爆炸釋放出來,形成了今天的世界。

很多科學家認為:今天的宇宙,看起來是非常均勻的。也就是說,雖然侷限在太陽系的角度來看,天體分佈可能會有側重,但只要你看得足夠遠(大概以2.5億光年的尺度來算),不論朝哪裡看,都會看到一模一樣的宇宙,這就叫做宇宙的各向同性。這種各向同性,不僅僅是天體分佈均勻這麼簡單,這只是表象,它意味著宇宙的品質、能量、力等等各個屬性,都是均勻的。

進一步說,這種各向同性,不僅僅適用在地球上。不論你在宇宙的任何角落看,宇宙都是一個模樣。從哈勃定律我們似乎也可以佐證這個原理現象,哈勃定律指的是距離我們越遠的天體,遠離我們的速度越快,二者遵從Vf = Hc x D的法則,其中Vf就是退行速度,Hc是哈勃常數,D是天體與地球的距離。單從公式上看,好像地球是宇宙的中心,才會任何方向上的天體都遵從同樣的公式。但實際上,這只是宇宙各向同性所導致的。

甚至,英國的《每日郵報》在講這件事的時候都調侃說:如果你找不到方向,也沒什麼,宇宙都還沒找到方向呢!

而宇宙各向同性的根源,就在於宇宙大爆炸。科學家認為,宇宙大爆炸時炸得“均勻”,才導致今天的宇宙看起來均勻。形象地比喻一下就是:假如你在烤麵包之前,在麵包上均勻地撒了一些芝麻。當它烤熟、膨脹之後,芝麻還是均勻的。

不過,對於這個觀點,一直有科學家持懷疑態度。

最近,NASA錢德拉X射線望遠鏡和ESA的XMM-Newton衛星的一組資料顯示,這個理論現在真的要接受挑戰了。

德國波昂大學的Konstantinos Migkas 領導了這一次研究,他表示:“在整個宇宙的歷史和宿命的研究中,有一條支柱性的理論,那就是宇宙處於各向同性,即在所有方向上都是一樣的。而我們的工作表明,這個支柱可能存在著裂縫。”

在以往,天文學家們檢測宇宙各向同性的手段也紛繁複雜,比如對爆炸恆星的光學觀測和對星系的紅外研究。不過這一次,這一支團隊採取了新的方法,這種方法相對來說更加精確,而且很少會受到干擾。他們的觀測原理是這樣的:

瀰漫在星系團中的熱氣體的溫度和它所產生的X射線的光度是相關的,通過溫度就可以計算出其X射線的光度,而溫度是比較容易觀測的,並且計算過程中不涉及其他變數,所以相對準確。另一方面,X射線又和其發射源的退行速度(即那裡的宇宙膨脹速度)有關。

所以,他們利用現有的技術觀測某些星系團的溫度來計算出一個X射線光度值,然後推匯出宇宙的膨脹速度。然後通過觀測各方向宇宙膨脹速度是否相同,判斷宇宙是否具有各向同性。

該團隊使用了313個星系團的樣本進行分析,其中包括錢德拉X射線望遠鏡在191天的時間內對313個星系團樣本、XMM-牛頓和日本與美國合作的先進宇宙學與天體物理學衛星在35天內對76個星系團的觀測資料進行總結,發現了異常。

(圖片說明:這是本次研究的幾百個星系團找你的4個,看得出來,選擇的星系團還是比較隨機)

馬薩諸塞州劍橋市的天體物理學中心的合著者Gerrit Schellenberger是本次研究的參與者之一,他指出:基於這一次對於星團的觀測,哈勃定律看起來並不是在地球的每一個方向上都相同了。也就是說,如果我們觀測的方向不同,看到的宇宙膨脹速度也是不一樣的。

而且,他們還和其他組的研究成果進行了對比。結果發現,這幾組的研究人員都是在同一個方向上找到了膨脹速率最低的資料,因此排除了實驗結果的偶然性。

這樣一來,宇宙各向同性原理也面臨了挑戰:這退行速度也不一樣啊!說好了每個方向都一樣,有些方向卻尤其浪……

看起來,這個觀測資料指向了一個可能性——宇宙並不平均!還記得剛開始那個麵包的例子嗎?宇宙不平均就意味著,你在做麵包到時候放的酵母並不平均,所以當面包膨脹起來時,有的地方膨脹得特別快、特別大,而酵母少的地方就膨脹得比較慢,上面的芝麻膨脹的距離也比較近。

這個酵母,很可能就是暗能量。我們知道,暗能量是科學家心中導致宇宙膨脹的根本原因,它們可以提供巨大的斥力,力壓宇宙各個天體的引力。而正是暗能量的不平均,導致了宇宙膨脹的不平均。

那麼,這是否意味著宇宙從此就有一箇中心了呢?按照這個思路來思考,只要我們找到某個方向,發現天體的退行速度有一個轉折點,那麼這個轉折點就是宇宙的中心了。

這個理論,對於很多持宇宙迴圈論的人來說,可能不是一個好訊息。這個理論的名稱是我編的,不過我知道,相當一部分人心中的宇宙,是沒有邊界的,像一個四維的地球,朝著一個方向永遠走下去,會在另一個方向回到原點,而主流的宇宙各向同性理論則恰好符合這個觀點。實不相瞞,我也覺得宇宙迴圈論是個很有趣的理論,不過所有的理論都要有實際的發現來證明。

不過,持這個觀點的人也不必太沮喪,因為Konstantinos Migkas等人也沒有一口咬死宇宙有各向異性,他們還提出了另一種猜測。

導致這些星系團運動速度不一致的原因,也未必就完全是由宇宙的膨脹所導致的。前不久我們發文提到過一種叫做巨引源的天體,其實就是大量的超星系團形成和引力合力,將十萬個星系拖動的現象。也許,這次他們觀測到的不同星系團,也受到類似的引力,所以移動速度不盡相同。

這樣看來,想要驗證宇宙到底均勻不均勻,科學家還有很長的一段路要走。不僅要有更精確的觀察,還要排除大量的干擾因素。宇宙的均勻性,關乎人類對宇宙的認知,也影響著宇宙的命運。宇宙到底是什麼形狀、它究竟有沒有邊界、還是像一個“四維的球體”,這些未解之謎恐怕還要在相當長的一段時間裡,懸而未決了……

  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 四大文明地球上至少有5次生物大滅絕一起消失了