宇宙學(xué)模型是建立在簡(jiǎn)單的、一個(gè)世紀(jì)前的單的的想的但底想法上的，但是個(gè)世觀察新的觀察要求徹底的重新思考。信貸:Fosalba & Gaztañ aga 2021，紀(jì)前MNRAS，法上CC BY-SA
（神秘的求徹地球uux.cn）據(jù)《對(duì)話》（大衛(wèi)·威爾特希爾、伊恩·科爾加、重新珍妮·瓦格納和沙欣·謝赫·賈巴里）：我們對(duì)宇宙的思考想法是基于一個(gè)世紀(jì)前的簡(jiǎn)化，即宇宙學(xué)原理。宇宙這表明，學(xué)模型建新當(dāng)在大尺度上平均時(shí)，立簡(jiǎn)宇宙是單的的想的但底均勻的，物質(zhì)均勻地分布在各處。個(gè)世觀察V型《356+2895》鄭州中原區(qū)外圍酒店服務(wù)提供外圍女小姐上門(mén)服務(wù)快速安排人到付款
這使得時(shí)空的數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)化了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論對(duì)整個(gè)宇宙的應(yīng)用。
我們的宇宙學(xué)模型就是基于這個(gè)假設(shè)。但是，隨著地球和太空中的新望遠(yuǎn)鏡提供越來(lái)越精確的圖像，以及天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)大質(zhì)量物體，如類(lèi)星體的巨大弧形，這一基礎(chǔ)越來(lái)越受到挑戰(zhàn)。
在我們最近發(fā)表在經(jīng)典和量子引力上的評(píng)論中，我們討論了這些新發(fā)現(xiàn)如何迫使我們從根本上重新審視我們的假設(shè)，并改變我們對(duì)宇宙的理解。
愛(ài)因斯坦的遺產(chǎn)
106年前，當(dāng)阿爾伯特·愛(ài)因斯坦第一次將他的引力方程應(yīng)用到整個(gè)宇宙時(shí)，他面臨著巨大的困境。沒(méi)有物理學(xué)家嘗試過(guò)如此大膽的東西，但這是他的關(guān)鍵思想的自然結(jié)果。正如一本50年前的教科書(shū)提醒我們的那樣:“物質(zhì)告訴空間如何彎曲，空間告訴物質(zhì)如何移動(dòng)?！?br>在1917年，數(shù)據(jù)幾乎完全缺乏，星系是遠(yuǎn)距離物體的想法在天文學(xué)家中是少數(shù)人的觀點(diǎn)。
愛(ài)因斯坦接受的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是，整個(gè)宇宙看起來(lái)就像我們銀河系的內(nèi)部。這表明恒星應(yīng)該被視為無(wú)壓流體，隨機(jī)分布，但具有明確的平均密度——在空間的任何地方都是相同或均勻的。
基于宇宙在任何地方都一樣的想法，愛(ài)因斯坦引入了他的宇宙常數(shù)λ，現(xiàn)在被稱(chēng)為“暗能量”
在小尺度上，愛(ài)因斯坦的方程告訴我們，空間永遠(yuǎn)不會(huì)靜止不動(dòng)。但是在宇宙中大規(guī)模地強(qiáng)加這個(gè)是不自然的。因此，愛(ài)因斯坦在20世紀(jì)20年代末因宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)而松了一口氣。他甚至形容λ是他最大的失策。
關(guān)于物質(zhì)的觀念已經(jīng)進(jìn)化，但幾何學(xué)沒(méi)有
我們現(xiàn)在已經(jīng)有了嵌入在不斷演化的宇宙中的恒星和星系的驚人的詳細(xì)物理模型。我們可以從原始火球中微小的種子波紋一直追溯到今天復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
我們的望遠(yuǎn)鏡是奇妙的時(shí)間機(jī)器。他們一直追溯到第一個(gè)原子形成的時(shí)候，宇宙第一次變得透明。
更遠(yuǎn)處是原始等離子體，像太陽(yáng)的內(nèi)部和表面一樣不透明。離開(kāi)宇宙“最后散射表面”的光當(dāng)時(shí)非常熱，大約2700攝氏度。
我們今天接收到同樣的光，但冷卻到零下270℃，并被宇宙的膨脹稀釋。這是宇宙微波背景，它在各個(gè)方向都非常均勻。
這是一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)，證明當(dāng)宇宙是一個(gè)火球時(shí)，它在空間上非常接近均勻。但是今天沒(méi)有直接證據(jù)證明這種一致性。
“起伏不定”的宇宙
追溯到很久以前，我們的望遠(yuǎn)鏡揭示了小的合并星系，成長(zhǎng)為越來(lái)越大的結(jié)構(gòu)，直到今天。
在被稱(chēng)為星系團(tuán)的最大物質(zhì)密度范圍內(nèi)，宇宙的膨脹已經(jīng)完全停止。在空間擴(kuò)張的地方，星系團(tuán)被拉長(zhǎng)成細(xì)絲和薄片，纏繞在巨大的空洞周?chē)?，它們都隨著時(shí)間增長(zhǎng)，但速度不同。物質(zhì)不是平滑的，而是形成了一張“宇宙網(wǎng)”。
但是宇宙在空間上是均勻的這一觀點(diǎn)仍然存在。
如果我們所看到的只是宇宙的全部，那么在觀測(cè)到的宇宙網(wǎng)和空間的平均彎曲幾何圖形之間將會(huì)有嚴(yán)重的不一致。自從1933年首次觀測(cè)到星系團(tuán)以來(lái)，失蹤物質(zhì)的證據(jù)就一直存在。
從1965年開(kāi)始的十年中，我們對(duì)宇宙微波背景輻射及其波動(dòng)的首次觀測(cè)改變了這一想法。
我們的核物理模型具有驚人的預(yù)測(cè)能力。但是，只有當(dāng)星系團(tuán)中缺失的質(zhì)量是像中微子一樣不能發(fā)光的東西時(shí)，它們才與觀測(cè)結(jié)果一致。因此，我們發(fā)明了冷暗物質(zhì)，這使得星系團(tuán)內(nèi)的引力更強(qiáng)。
人們已經(jīng)花費(fèi)了數(shù)十億美元試圖直接探測(cè)暗物質(zhì)，但幾十年來(lái)的這種努力并沒(méi)有最終探測(cè)到構(gòu)成當(dāng)今宇宙中80%的物質(zhì)和20%的能量的物質(zhì)。
反常的天空
宇宙微波背景輻射不是完全均勻的。疊加在它上面的是波動(dòng)，其中一個(gè)波動(dòng)異常大，具有偶極的形狀:覆蓋整個(gè)天空的陰陽(yáng)圖。
如果我們把宇宙微波背景輻射定義為宇宙的靜止框架，我們可以把這解釋為相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。如果我們不這樣做，我們將需要一個(gè)大偶極子的物理解釋。
這個(gè)謎題很大程度上可以歸結(jié)為權(quán)力不對(duì)稱(chēng)——一個(gè)不平衡的宇宙。銀河系平面上方和下方半球的溫度與預(yù)期略有不同。
長(zhǎng)期以來(lái)，這些異?，F(xiàn)象被解釋為模擬銀河系微波輻射時(shí)未解釋的物理過(guò)程的結(jié)果。
天空中的物質(zhì)
宇宙微波背景輻射并不是唯一顯示偶極的全天觀測(cè)。去年，研究人員利用對(duì)136萬(wàn)個(gè)遙遠(yuǎn)類(lèi)星體和170萬(wàn)個(gè)射電源的觀察來(lái)測(cè)試宇宙學(xué)原理。他們發(fā)現(xiàn)物質(zhì)也是不均勻分布的。
另一個(gè)被廣泛討論的謎團(tuán)是“哈勃張力”傳統(tǒng)上，我們假設(shè)宇宙目前的全天空平均膨脹率有一個(gè)明確的數(shù)值:哈伯常數(shù)。但是，根據(jù)宇宙微波背景輻射的標(biāo)準(zhǔn)膨脹歷史，測(cè)得的值與預(yù)期不同。如果我們考慮到非均勻宇宙學(xué)，這個(gè)問(wèn)題可能會(huì)消失。
使用來(lái)自各個(gè)對(duì)立半球的宇宙微波背景數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)的膨脹歷史暗示了今天天空兩側(cè)不同的哈勃“常數(shù)”。
越來(lái)越多的意外發(fā)現(xiàn)加劇了這些困惑:詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡揭示了一個(gè)巨大的類(lèi)星體弧和一個(gè)復(fù)雜、明亮、充滿元素的早期宇宙。
如果物質(zhì)比預(yù)期的更加多樣和有趣，那么也許幾何學(xué)也是如此。
拋棄宇宙學(xué)原理的模型確實(shí)存在并做出預(yù)測(cè)。它們只是比標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)研究得少。歐洲航天局的歐幾里德衛(wèi)星將于今年發(fā)射。歐幾里德會(huì)不會(huì)揭示平均空間不是歐幾里德的？如果是這樣，那么物理學(xué)的一場(chǎng)根本性革命可能即將到來(lái)。
作者:綜合
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