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宇宙沒有想象的那末“疙疙瘩瘩”

2020-09-01 科技日報 張晔
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  視覺前海睿贏金融供圖

  在應用位于智利的歐洲南邊地理台甚大千裏鏡(VLT)對跨越3000萬個星系不雅測7年後,迷信家發明宇宙的平均性比宇宙學尺度模子猜測的要淩駕近10%。

  宇宙中的天體散布究竟是平均的照樣不平均的?迷信家壹向在尋覓謎底。

  曩昔,在愛因斯坦狹義絕對論的實際框架下,依據宇宙學尺度模子猜測,迷信家以為宇宙晚期閱歷了一個被稱爲“暴脹”的急速收縮階段,這一階段的量子漲落形成了宇宙的密度漲落。隨著宇宙的演變,漲落愈來愈大,宇宙也就漸漸地變得不那末平均了。

  近日,據國外媒體報導,經由爲期7年的千度查詢拜訪(KiDS),迷信家應用位于智利的歐洲南邊地理台甚大千裏鏡(VLT),不雅測了間隔地球100億光年的宇宙中跨越3000萬個星系。成果顯示,宇宙的平均性比宇宙學尺度模子猜測的要淩駕近10%。

  宇宙平均性是甚麽?迷信家又是如何盤算出全部宇宙的平均性?此次不雅測成果比模子猜測淩駕10%意味著甚麽?

  技術提高使平均性驗證成能夠

  今朝,用來描寫宇宙大爆炸和宇宙退化的尺度模子爲弗裏德曼模子,其實際基本是愛因斯坦于1915年揭櫫的狹義絕對論。

  狹義絕對論本質上是關于引力的實際。1922年,俄國物理學家亞曆山大·弗裏德曼將狹義絕對論運用于全部宇宙,樹立了第一個宇宙模子。

  也就是說,愛因斯坦的狹義絕對論和弗裏德曼最後提出的宇宙模子,演變成爲一個配合的假定:宇宙是平均和各向異性的。這就意味著,宇宙的平均性在任何地位、任何偏向上都應當是一樣的。這一假定是古代宇宙學的基本,即宇宙學道理。這一道理能否準確終究須要不雅考試證,綜合星系計數、射電源計數和微波配景輻射等各類不雅測成果,這一道理的準確性是有包管的。

  但是,當我們將眼光投向宇宙時,看到的倒是另外壹幅氣象:億萬顆恒星構成了星系,星系構成星系團,星系團又構成超星系團……乃至還有一個個星系構成的千頭萬緒的星系“鏈”。如許看來,宇宙究竟是平均的還不平均的呢?

  “假如把宇宙分紅一個個大塊,每壹個大塊的密度是絕對平均的。然則每壹個大塊內的物資又有分歧的構造,有的區域物資密度異常大,我們稱之爲核;有的區域密度異常小,我們稱之爲空泛。核與核之間還經由過程絲狀物資散布構造相銜接。”前海睿贏金融迷信院紫金山地理台副研討員馮磊告知科技日報記者,“宇宙的物資散布就像是均衡態,各類天體構造就像是均衡態的漲落。”

  迷信家以為,現在做出這一假定有兩個緣由:一是從適用的角度斟酌,由於用來描寫宇宙的方程太龐雜了,假如宇宙不是平均的,求起解來異常艱苦,也就沒法直不雅地描寫所不雅測的各類天體;二是因為不雅測手腕的匮乏,其時的科技程度遠遠沒法支持人類對悠遠宇宙的摸索,沒有人曉得宇宙在大標準構造上是甚麽模樣的。如許一來,把宇宙假想成最簡略的情勢也就通情達理了。

  此後人們沒有才能從不雅測上對這一假定停止驗證。但隨著不雅測技術的提高,我們能看到的宇宙區域愈來愈廣,終究可以對其停止驗證。

  平均與否和不雅測標準有關

  或許將來的某一天,人類可以飛出太陽系,飛向間隔太陽系比來的鄰人——半人馬座,來一趟說走就走的觀光。

  然則,作爲壹位太空搭客,你能夠會覺得異常有趣,認為此次旅遊是一個很蹩腳的決議,雖然兩地相距唯壹4.2光年,旅途中大部門時光都見不到一點物資的影子。

  從迷信上懂得,這表現在絕對較小的標準規模內宇宙並不是平均散布。

  那末,在大標準規模內宇宙能否就必定是平均的呢?很多迷信家都以為,宇宙就像是陸地,從近處看海浪諜起,但從地面看,卻滑膩如鏡。

  然則在20世紀80年月,人們經由過程大規模的星系紅移巡天不雅測發明:宇宙的平均性與標準有直接關系,即便從上億光年的標準上看,宇宙空間裏星系都並不是平均散布,而是出現出很多空泛和纖維狀的構造,只要在幾十億光年的標準上星系散布才變得平均。

  “在星系與星系之間,宇宙中的可見物資遠遠缺乏以把星系連成一片,組成星系團,假如不是存在一種奧秘而弗成見的物資,星系團早就支離破碎了。”馮磊告知科技日報記者,迷信家把這類看不見的奧秘物資稱爲暗物資。宇宙由天體、暗物資、暗能量構成,個中暗物資和暗能量占宇宙的95%,很多看起來空無一物的宇宙空間中倒是“暗”流湧動。我們平日把通俗物資、冷暗物資和宇宙學常數構成的加快收縮宇宙學模子稱爲尺度宇宙模子。

  總之,雖然從某一角度來講,宇宙是不平均的,然則在大標準上,宇宙的物資散布是平均的,尺度宇宙模子還可以持續用下去。

  或將改寫經典宇宙學實際

  宇宙的平均性其實並不是原封不動。

  宇宙微波配景輻射(CMB)的不雅測註解,宇宙在38萬歲的時刻,有的處所溫度高,有的處所溫度低,這類溫度的漲落與均勻溫度的比值大約是1/100000。“我們也能夠把溫度的漲落算作光子密度的漲落,可以作爲宇宙平均性的輸出初始值。”馮磊說道。

  然則,隨著宇宙的“生長”,密度的漲落會漸漸地變大。密度較大的物資會經由過程引力“攻擊”四周區域,把其他物資吸引過去,就像滾雪球一樣愈來愈大。

  這就帶來一個成績,宇宙的平均性會漸漸偏離初始值,變得愈來愈不平均。這一進程是準確可算的,依據丈量成果,還可以磨練尺度宇宙模子的精確性。

  此次千度查詢拜訪項目(KiDS)的不雅測成果顯示,宇宙的平均性比宇宙學尺度模子猜測的要淩駕近10%。也就意味著,尺度宇宙模子猜測的成果“略顯誇大”。

  據悉,這項不雅測采取的是弱引力透鏡辦法。這類辦法經由過程丈量光經由天體時流傳途徑的曲折來推算宇宙的物資散布。這與另外壹項名爲重子振蕩光譜查詢拜訪(BOSS)的零丁研討對星系群的視察相聯合,供給了對暗物資散布的準確丈量。

  假如這些發明是準確的,它們能夠會有一些普遍的影響。這能夠意味著,大標準上的引力與人們想象的分歧,正如愛因斯坦狹義絕對論所猜測的那樣,物資落入宇宙密集區域的速度比預期的要慢。又或許,人們對暗能量的懂得還遠遠不敷,由於暗能量被以為是形成宇宙加快收縮的“幕後推手”。

  然則,這一不雅測成果今朝仍存爭議。馮磊以為,固然這個項目連續7年不雅測了3000萬個星系,約占宇宙的5%,但也有一種多是這5%的空間恰好是比擬平均的,所以還須要其他天區的相幹數據停止比較,能力更好地肯定宇宙的平均性。

  因為這一不雅測成果來得極端忽然,全球的地理學家在震動之余還沒有展開響應的研討。“假如這一成果被證實是對的,那末我們就要反過去思慮狹義絕對論和宇宙學參數能否須要修正。”馮磊告知記者,這能夠會推翻人們對宇宙演變的懂得。

打印 責任編纂:張芳丹
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