宇宙學模型是建立在簡單的、一個世紀前的想法上的，但是新的觀察要求徹底的重新思考
來源：骨軟筋酥網
時間：2025-12-10 03:54:31
宇宙學模型是建立在簡單的、一個世紀前的單的的想的但底想法上的，但是個世觀察新的觀察要求徹底的重新思考。信貸:Fosalba & Gaztañ aga 2021，紀前MNRAS，法上CC BY-SA
（神秘的求徹地球uux.cn）據《對話》（大衛·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）：我們對宇宙的思考想法是基于一個世紀前的簡化，即宇宙學原理。宇宙這表明，學模型建新當在大尺度上平均時，立簡宇宙是單的的想的但底均勻的，物質均勻地分布在各處。個世觀察
這使得時空的數學描述簡化了愛因斯坦廣義相對論對整個宇宙的應用。
我們的宇宙學模型就是基于這個假設。但是，隨著地球和太空中的新望遠鏡提供越來越精確的圖像，以及天文學家發現大質量物體，如類星體的巨大弧形，這一基礎越來越受到挑戰。
在我們最近發表在經典和量子引力上的評論中，我們討論了這些新發現如何迫使我們從根本上重新審視我們的假設，并改變我們對宇宙的理解。
愛因斯坦的遺產
106年前，當阿爾伯特·愛因斯坦第一次將他的引力方程應用到整個宇宙時，他面臨著巨大的困境。沒有物理學家嘗試過如此大膽的東西，但這是他的關鍵思想的自然結果。正如一本50年前的教科書提醒我們的那樣:“物質告訴空間如何彎曲，空間告訴物質如何移動。”
在1917年，數據幾乎完全缺乏，星系是遠距離物體的想法在天文學家中是少數人的觀點。
愛因斯坦接受的傳統觀點是，整個宇宙看起來就像我們銀河系的內部。這表明恒星應該被視為無壓流體，隨機分布，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，愛因斯坦引入了他的宇宙常數λ，現在被稱為“暗能量”
在小尺度上，愛因斯坦的方程告訴我們，空間永遠不會靜止不動。但是在宇宙中大規模地強加這個是不自然的。因此，愛因斯坦在20世紀20年代末因宇宙膨脹的發現而松了一口氣。他甚至形容λ是他最大的失策。
關于物質的觀念已經進化，但幾何學沒有
我們現在已經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雜的結構。
我們的望遠鏡是奇妙的時間機器。他們一直追溯到第一個原子形成的時候，宇宙第一次變得透明。
更遠處是原始等離子體，像太陽的內部和表面一樣不透明。離開宇宙“最后散射表面”的光當時非常熱，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，它在各個方向都非常均勻。
這是一個強有力的證據，證明當宇宙是一個火球時，它在空間上非常接近均勻。但是今天沒有直接證據證明這種一致性。
“起伏不定”的宇宙
追溯到很久以前，我們的望遠鏡揭示了小的合并星系，成長為越來越大的結構，直到今天。
在被稱為星系團的最大物質密度范圍內，宇宙的膨脹已經完全停止。在空間擴張的地方，星系團被拉長成細絲和薄片，纏繞在巨大的空洞周圍，它們都隨著時間增長，但速度不同。物質不是平滑的，而是形成了一張“宇宙網”。
但是宇宙在空間上是均勻的這一觀點仍然存在。
如果我們所看到的只是宇宙的全部，那么在觀測到的宇宙網和空間的平均彎曲幾何圖形之間將會有嚴重的不一致。自從1933年首次觀測到星系團以來，失蹤物質的證據就一直存在。
從1965年開始的十年中，我們對宇宙微波背景輻射及其波動的首次觀測改變了這一想法。
我們的核物理模型具有驚人的預測能力。但是，只有當星系團中缺失的質量是像中微子一樣不能發光的東西時，它們才與觀測結果一致。因此，我們發明了冷暗物質，這使得星系團內的引力更強。
人們已經花費了數十億美元試圖直接探測暗物質，但幾十年來的這種努力并沒有最終探測到構成當今宇宙中80%的物質和20%的能量的物質。
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，其中一個波動異常大，具有偶極的形狀:覆蓋整個天空的陰陽圖。
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運動的影響。如果我們不這樣做，我們將需要一個大偶極子的物理解釋。
這個謎題很大程度上可以歸結為權力不對稱——一個不平衡的宇宙。銀河系平面上方和下方半球的溫度與預期略有不同。
長期以來，這些異常現象被解釋為模擬銀河系微波輻射時未解釋的物理過程的結果。
天空中的物質
宇宙微波背景輻射并不是唯一顯示偶極的全天觀測。去年，研究人員利用對136萬個遙遠類星體和170萬個射電源的觀察來測試宇宙學原理。他們發現物質也是不均勻分布的。
另一個被廣泛討論的謎團是“哈勃張力”傳統上，我們假設宇宙目前的全天空平均膨脹率有一個明確的數值:哈伯常數。但是，根據宇宙微波背景輻射的標準膨脹歷史，測得的值與預期不同。如果我們考慮到非均勻宇宙學，這個問題可能會消失。
使用來自各個對立半球的宇宙微波背景數據，標準的膨脹歷史暗示了今天天空兩側不同的哈勃“常數”。
越來越多的意外發現加劇了這些困惑:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡揭示了一個巨大的類星體弧和一個復雜、明亮、充滿元素的早期宇宙。
如果物質比預期的更加多樣和有趣，那么也許幾何學也是如此。
拋棄宇宙學原理的模型確實存在并做出預測。它們只是比標準宇宙學研究得少。歐洲航天局的歐幾里德衛星將于今年發射。歐幾里德會不會揭示平均空間不是歐幾里德的？如果是這樣，那么物理學的一場根本性革命可能即將到來。
