宇宙可能很“薄”

淮曼

2020年7月，天文學家發(fā)現(xiàn)，宇宙看起來有些“異常”，星系、氣體和其它物質(zhì)并沒有像它們應該有的樣子聚集在一起——宇宙比我們之前認識的要稀薄。這瞬間成了宇宙學家最熱衷討論的話題之一。

稀薄的宇宙

研究現(xiàn)代宇宙的困難之處在于它幾乎是不可見的。天文學家根據(jù)觀測到的發(fā)光星團等，描繪出了我們現(xiàn)在所認識的這個宇宙。除去這些發(fā)光物體之外，宇宙中存在的其他的、大量的“暗淡氣體”（例如暗物質(zhì)、氣體云等），天文學家們到目前都依然無法感知它們。

更糟糕的是，大多數(shù)人認為，宇宙的大部分正是由這些“暗淡氣體”所構(gòu)成，它們是整個宇宙的大框架，我們所看到的星系、星云等都只是掛在這個框架上的裝飾物。

2020年7月的這次測量采用的是迄今為止最精確的方法，非常適用于揭示看不見的東西。當來自遙遠星系的光到達地球時，它會穿過暗物質(zhì)和暗淡的氣體云。這些“厚點”在引力的作用下會拉動光線，使它們的路徑發(fā)生扭曲。當遙遠星系的光線到達我們地面的望遠鏡時，它已經(jīng)被扭曲了——可能被擠壓成夸張的橢圓形。于是，通過測量大量遙遠星系的形狀畸變，天文學家們嘗試繪制出了宇宙中那些看不見的暗淡物質(zhì)。

在這次測量中，測量人員在距離最遠100億光年的范圍內(nèi)觀測到了約3100萬個星系。然后，他們使用這些觀測值來計算宇宙中暗物質(zhì)和隱匿的氣體的平均分布。他們發(fā)現(xiàn)的宇宙“團塊”比目前已建立的宇宙模型預測的要薄近10%。

另一個獨立的測量結(jié)果也支持了“現(xiàn)代宇宙比原先認識的薄”的這個發(fā)現(xiàn)。在該項測量中，研究人員通過觀察星系在宇宙中的漂移，繪制了一張關(guān)于宇宙隱秘物質(zhì)的圖。在這張圖中，現(xiàn)代宇宙中的團塊幾乎與最近測量發(fā)現(xiàn)的團塊一樣，都比原來認識的要少、要薄。

此外，在過去8年中，至少有12項測量都發(fā)現(xiàn)（這些測量使用的都是不同的技術(shù)），當今的宇宙比想象中的要薄。這使得一些宇宙學家越來越懷疑宇宙是否真的很薄，畢竟，當我們開始在大量不同的數(shù)據(jù)集中看到相同的東西時，我們通常會認為這確實是在告訴我們一些事情。

如何與宇宙模型吻合？

為什么宇宙的實際觀測結(jié)果比理論預測的要薄呢？

首先，宇宙學的標準模型是一個為了適合觀察和解釋宇宙而制作出來的模型，因此，為了使模型與新觀察到的宇宙現(xiàn)象不斷吻合，宇宙學家就不斷對這個模型進行增刪改造。例如，為了說明宇宙為什么以如此快的速度膨脹，一些理論家曾嘗試在早期的宇宙中增加“暗輻射”。但是，增加了暗輻射，則必須用額外的物質(zhì)來進行平衡，而增加了物質(zhì)，這會使宇宙變“厚”。

而現(xiàn)在，新的測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宇宙竟然沒有標準模型所描述的那樣厚。為了解釋宇宙為什么是最近測量到的這樣，宇宙學家又開始忙乎起來，他們必須創(chuàng)造新的解釋，再次修訂宇宙標準模型，使之符合新的觀測結(jié)果。

有宇宙學家猜測，宇宙中一些暗物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了暗能量，從而使宇宙快速膨脹開來，所以宇宙變薄了。或者，地球剛好處在宇宙一個巨大的空隙中，我們觀察到的都是歪曲后的結(jié)果。再或者，這兩個反常現(xiàn)象可能沒有任何關(guān)系。

當然，觀測結(jié)果與宇宙模型之間的矛盾仍然可以通過更多的數(shù)據(jù)資料得到消除。目前，對宇宙越來越精密的測量正在進行。其中，智利國際暗能量測量項目覆蓋的天空面積是2020年7月這次測量項目的5倍，它的測量結(jié)果很可能會改變我們對宇宙的一些看法。顯然，很多人都在等待它，這將是宇宙學的下一件大事。

但是，必須注意到，在數(shù)十億光年的距離內(nèi)，星系僅表現(xiàn)為像素，使分析它們的形狀變得復雜。研究人員還需要知道每個星系有多遠，他們對這些距離帶來的不確定性的處理，都會給我們對宇宙的理解帶來深遠的影響。