宇宙学面临最大危机:新观测称宇宙形状可能是球形,而非扁平

地球是球形的,这一点毋庸置疑,那么宇宙呢?是圆是平?如果在宇宙中旅行到足够远的地方,你会回到起点?根据普朗克天文台的测量表明,宇宙的形状可能是球形的,而不是扁平的,这将改变我们对宇宙的几乎所有认识。

普朗克天文台从2009年到2013年一直在运行,绘制了宇宙微波背景图,这是大爆炸留下的一片光海。

一组观测结果表明,引力透镜效应——由于时空的形状而导致的光的拉伸,会被重物质扭曲——比预期的要多。罗马萨皮恩扎大学的亚历山德罗·梅尔基奥里(Alessandro Melchiorri)和他的同事们计算出,这可能是因为宇宙的形状与我们想象的不同。

所有其他宇宙学数据都表明宇宙是平坦的,这意味着它没有曲率,就像一张纸一样。这些普朗克测量值表明它可能是“闭合的”或球形的,这意味着如果你在一个方向上行驶得足够远,那么最终将回到起点。这是因为额外的透镜暗示着额外的暗物质的存在,这会将宇宙拉成一个有限的球体而不是一个平面。

根据这些观察,宇宙是封闭的可能性比平坦的可能性高41倍。梅尔基奥里说:“这是最精确的宇宙学数据,它给了我们一个不同的画面。”

如果宇宙确实是封闭的,那么这可能是我们对宇宙的理解的主要问题。另一个宇宙学难题是附近的宇宙似乎膨胀得比预期的快。这很难用我们的标准宇宙学模型(包括一个平坦的宇宙)来解释,并且该团队计算得出,对于一个球形的宇宙,以及一些我们还没有解释的其他宇宙现象,这就更加困难了。这真是太糟糕了,他们称其为“宇宙危机”。

“在一个封闭的宇宙中,这些异常现象比我们想象的还要严重。”梅尔基奥里说,“如果没有达成一致,我们就必须认真思考我们的宇宙模型及其形成。”

梅尔基奥里说,传统的宇宙膨胀模型表明,宇宙应该是平的。回溯到宇宙膨胀的开始,到大爆炸后的最初的0.0000000000000000000000001秒,根据那个模型,你会看到一个难以置信的时刻,当宇宙从它开始的那个无限小的点开始增长,以指数级膨胀。

超快膨胀的物理学指向平坦的宇宙。这也是大多数专家认为宇宙是平的第一个原因。梅尔基奥里说,如果宇宙不是平的,那么你必须“微调”原始机制的物理原理,使其完全吻合,并在此过程中重新进行无数其他的计算。

“我们需要一个新的模型,我们还不知道这是什么。”梅尔基奥里说。没有人提出一个方法来调和这些普朗克观测结果和许多不一致的宇宙学测量结果,这些测量结果甚至包括普朗克天文台的其他一些观测值。

实际上,我们进行的所有其他宇宙学测量都指向一个平坦的宇宙。没有其他的观测结果暗示宇宙可能实际上是封闭的,而且有可能普朗克测量只是一个统计上的侥幸。

“如果这是真的,它将对我们理解宇宙产生深远的影响,”普林斯顿大学的David Spergel说。“这是一个非常重要的声明,但我不确定它是否有数据支持。事实上,我想说的是,证据实际上是不利于它的。”

Spergel说,未来几年的更多数据将显示我们是否需要认真对待这一异常现象,或者仅仅是统计上的偶然。 目前在智利建造的西蒙斯天文台将能够比普朗克更为精确地测量引力透镜,它应该告诉我们是否真的存在宇宙危机。

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