北京時(shí)間 11 月 7 日消息，我們已知關(guān)于宇宙形狀的一切可能都是錯的。根據一項新的研究，宇宙可能不是像床單一樣平坦，而是像一個(gè)巨大的氣球一樣彎曲，而且這個(gè)氣球還在不斷膨脹。

　　這是 11 月 4 日發(fā)表在《自然-天文學(xué)》(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)的數據，這是大爆炸遺留下來(lái)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)現基于 2018 年發(fā)布的數據，既與多年來(lái)的傳統觀(guān)點(diǎn)相悖，也與最近另一項基于同一宇宙微波背景數據集的研究矛盾。

　　這篇新論文稱(chēng)，如果宇宙是彎曲的，那這種彎曲會(huì )十分平緩，對我們的生活，或者太陽(yáng)系甚至銀河系的移動(dòng)都不會(huì )產(chǎn)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(xiàn)行進(jìn)，那么最終你會(huì )繞一個(gè)圈，回到開(kāi)始的地方。宇宙學(xué)家將這一概念稱(chēng)為“封閉宇宙”。盡管已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但封閉宇宙的概念并不符合現有的宇宙運行理論，因此在很大程度上被科學(xué)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(gè)方向延伸，沒(méi)有邊界，也不圍繞自身循環(huán)?，F在，研究人員在測量宇宙微波背景時(shí)得到了異常的數據資料，為封閉宇宙觀(guān)點(diǎn)提供了堅實(shí)的(但不是絕對的)證據。

　　梅爾基奧里在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，開(kāi)放宇宙就像一條被拉伸的床單，而封閉宇宙則更像一個(gè)膨脹的氣球。無(wú)論哪種情況，整個(gè)宇宙都在擴張。當床單展開(kāi)時(shí)，每個(gè)點(diǎn)都在一條直線(xiàn)上遠離另一個(gè)點(diǎn);當氣球膨脹時(shí)，其表面的每個(gè)點(diǎn)也離其他點(diǎn)越來(lái)越遠，但由于氣球的曲率，使這種遠離運動(dòng)的幾何學(xué)更加復雜。

　　“這意味著(zhù)，如果有兩個(gè)光子，當它們在一個(gè)封閉的宇宙中平行移動(dòng)時(shí)，它們(最終)會(huì )相遇，”梅爾基奧里說(shuō)道。但是，如果是在一個(gè)開(kāi)放、平坦的宇宙中，光子在不受干擾的情況下，會(huì )一直沿著(zhù)平行方向運動(dòng)，而不會(huì )相互作用。

　　梅爾基奧里表示，傳統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(kāi)始，到大爆炸后最初的 0.0000000000000000000000001 秒，根據大爆炸模型，你會(huì )看到一個(gè)難以置信的時(shí)刻：宇宙從最初那個(gè)無(wú)限小的點(diǎn)開(kāi)始爆發(fā)，然后以指數級膨脹。迅速膨脹的物理學(xué)模型指向的是一個(gè)平坦的宇宙，這也是大多數科學(xué)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(guò)程中重新進(jìn)行無(wú)數其他的計算。研究人員在新研究中寫(xiě)道，這一過(guò)程最終很可能是必不可少的，因為宇宙微波背景數據出現了異常。

　　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(shí)，宇宙微波背景輻射就會(huì )充滿(mǎn)整個(gè)空間。宇宙微波背景是關(guān)于宇宙歷史和行為最重要的數據來(lái)源之一，因為它太古老了，而且遍布整個(gè)宇宙。根據最新的數據，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(zhù)引力對宇宙微波背景輻射的彎曲作用似乎超過(guò)了現有物理學(xué)所能解釋的范圍。

　　研究團隊利用的數據來(lái)自于 2018 年發(fā)布的普朗克衛星實(shí)驗。這是歐洲空間局(ESA)的一項科學(xué)計劃，旨在盡可能更詳細地繪制宇宙微波背景輻射。新的數據將發(fā)表在即將出版的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》(Astronomy & Astrophysics)雜志上，目前已經(jīng)可以在歐洲空間局的網(wǎng)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象，普朗克衛星協(xié)作團隊在該研究小組的宇宙形成模型中加入了一個(gè)額外的變量，科學(xué)家稱(chēng)之為“A_lens”。梅爾基奧里表示，這個(gè)變量是另外放進(jìn)去的，用來(lái)解釋所看到的異?，F象，和物理學(xué)沒(méi)有關(guān)系。換句話(huà)說(shuō)，在愛(ài)因斯坦的相對論中并沒(méi)有A_lens 這個(gè)參數。“我們發(fā)現，A_lens 可以用正曲率的宇宙來(lái)解釋?zhuān)@比用廣義相對論來(lái)解釋的更符合物理學(xué)，”梅爾基奧里說(shuō)道。

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

　　不過(guò)，一些宇宙學(xué)家表示，這項研究還有很多值得懷疑之處。美國斯坦福大學(xué)的宇宙學(xué)家安德烈·林德(Andrei Linde)表示，《自然-天文學(xué)》雜志的論文沒(méi)有考慮到 10 月 1 日發(fā)表在 arXiv 數據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(xué)的宇宙學(xué)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，他們研究的數據要少于梅爾基奧里等人發(fā)表在《自然-天文學(xué)》的論文。他們的分析結果也支持了一個(gè)彎曲的宇宙，但與這項涉及更多普朗克數據的新研究相比，他們的統計可信度要低得多。然而，當埃夫斯塔西奧和格拉頓將這些數據與其他兩個(gè)早期宇宙的現有數據集一起研究時(shí)，卻發(fā)現，總體而言，這些證據指向了一個(gè)平坦的宇宙。

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

　　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(huì )帶來(lái)許多問(wèn)題，與其他早期宇宙的數據集和膨脹觀(guān)測結果相矛盾。

　　梅爾基奧里也認為，封閉宇宙模型會(huì )給物理學(xué)帶來(lái)很多問(wèn)題。“我不想說(shuō)我相信宇宙是封閉的，”他說(shuō)，“我比較中立。我會(huì )說(shuō)，讓我們等待現有數據和新數據能說(shuō)明什么吧。我認為現在的結果存在矛盾，我們必須很小心地找出造成這個(gè)矛盾的原因。”
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