它违反了宇宙学原理,宇宙十大

原标题:另一个宇宙入侵的产物!天文学家:它违背了宇宙学原理

对于渺小的人类而言,宇宙之大,是我们无法想象的,而宇宙中藏着的一些超大体型的“巨兽”,也让我们惊呼:难以置信!现在,让我们接着上一期,继续来看看还有哪些“巨兽”。

根据宇宙学原理,尽管宇宙中存在大量星系、星系团等结构,但在10亿光年的大尺度上,宇宙应该是均一的。然而,陆续涌现的天文学观测却向其提出了挑战。如果宇宙学原理是对的,那么一个惊悚的候选理论是:在更高维度的空间里,另一个宇宙与我们的宇宙相遇,产生了这些横亘几十亿光年的神秘物体。

6、巨大的伽马射线暴环

口碑比较好的赌博平台,在星罗密布的星系团间,一个直径20亿光年的巨型空洞;

科学家除了通过伽马射线暴发现武仙-北冕座长城之外,还发现了一个奇特的巨大结构——巨大的伽马射线暴环。伽马射线暴是一种罕见的现象,伽马射线暴呈环状结构分布更是非常罕见,这样一个伽马射线暴环形成的概率只是两万分之一。

由巨大的类星体构成,横亘40亿光年的弦;

该伽马射线暴环位于距离我们大约70亿光年远的区域,在那里科学家观测到了9个脉冲串,这9个脉冲串形成一个跨度超过50亿光年的环。不过,“环”只是从地球上看到的一种视觉效果。那么,真实的情况到底是怎样的呢?

由高能的伽马射线暴构成,占据可观测宇宙6%的巨大的环……

理论上,大型的伽马射线暴环可能是一个超大天体连续爆发的投影,在不到2.5亿年的时间里,这个天体发生了一次又一次耀眼的伽马射线暴,但我们从地球上只能观测到明显的环状结构。如果是这样,那么这个超大天体究竟是什么构成的呢?一种解释是,这个天体可能是存在于星系周围的大量暗物质。科学家在研究中曾经发现,银河系中央暗物质聚集区发射出神秘的伽马射线,因此推测伽马射线暴可能是暗物质相互碰撞产生的。不过这还只是一个理论。研究者们目前还不清楚这种大型的伽马射线暴环是如何形成的。

随着我们对宇宙的观测变得更加清楚,天文学家发现了一系列巨大的结构,它们比我们以前所知的任何天体都要大。关于这些结构的问题只有一个:它们原本都不应存在。

7、巨型莱曼-阿尔法气泡

巨型结构挑战宇宙学原理?

与成熟的星系、星系团等不同,在宇宙的更深处,日本的科学家发现了一个巨大的星系“育婴袋”。这是一个由大量气体、尘埃和星系组成的巨型“气泡”,这种结构被称为“莱曼-阿尔法气泡”,距离我们有115亿光年远。从外形上看,这个气泡散发着绿色的光,其中有3条明显的带状结构,看起来就像一只巨型的绿色水母。而那3条“水母触手”中的星系密度很大——是宇宙中平均星系密度的4倍。更让科学家惊讶的是,这个巨型气泡居然有2亿光年宽。

地球在宇宙中的位置并不特殊。这一观点经哥白尼提出后,已经成了天文学家的基本共识。此后,天文学家该原理的适用范围延伸至整个宇宙:宇宙中没有任何特殊的位置,这也被称作宇宙学原理。在恒星系统、星系和星系团层面上或许有一些不均匀的地方,但是在更大的尺度上,宇宙应该是均一的。宇宙中不应该有星系构成的巨大的墙,不应该有空荡荡的地方,也不应该出现巨大的结构。

科学家推测,这个巨型莱曼-阿尔法气泡诞生于宇宙大爆炸之后20亿年左右,当时的宇宙还处于婴儿期。在那个时期,大质量恒星发生超新星爆发,使周围产生气泡状的气体云,形成莱曼-阿尔法气泡。

因此,最近涌现出的发现搞得天文学家们有点紧张。但是解决方法也同样充满争议。有研究者宣称这些巨大的结构是另一个维度的投影。如果他是对的,我们将能够首次证实,在我们的宇宙之外还有另一个宇宙存在。而且由于这些巨大的结构并不是我们宇宙中的实体,宇宙学原理也依然成立。

而观测过程中科学家还发现,在这个巨型的莱曼-阿尔法气泡中有许多仍处于发育初期的星系,这个结构所散发出的明亮绿色光,正是这些隐藏其间的年轻的星系产生的散射光。他们认为,这个气泡就像一个巨大的“育婴袋”,正在孕育着大量的星系,在遥远的未来,将会有更多的星系从那里诞生。

澳门网络网上博彩,澳门网上博彩公司网址,澳门网上棋牌,宇宙中存在特殊区域的想法是为现代宇宙学所不容的。英国朴茨茅斯大学宇宙学家Seshadri
Nadathur说:“自文艺复兴以来,我们所有的工作都是反对这一想法的。”这一观点也使得用广义相对论来解释宇宙演化的任务变得更加复杂。“爱因斯坦方程在宇宙均一的前提下好解多了。”Nadathur说。但至少目前,宇宙学原理还仅仅是一种猜想。没有任何证据表明这是对的,而已有的证据似乎越来越多地反对这一观点。

8、巨型超大类星体群

就拿那个20亿光年宽的巨型空洞来说,它的发现者之一,西班牙巴塞罗那高能物理研究所的András
Kovács说:“那部分宇宙的星系数目比平均值要少10000个。”根据最新的数据,天文学家相信宇宙学原理在大约十亿光年的尺度下一定是对的。在这一尺度下,任意给定区域的物质多少都是相近的。这个巨洞的宽度几乎超过这一界限一倍,看起来十分显眼。Kovács团队称这个洞为超巨洞,并相信这个洞有可能解释宇宙微波背景辐射中巨大的冷斑,一个困扰天文学家十几年的问题。

同样可能会孕育出星系的还有由类星体聚集形成的巨型超大类星体群。类星体是能量极高的活动星系核,它由超大质量黑洞驱动,能量输出可达整个银河系的1000倍。科学家认为,类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽,类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。通常一个典型的超大类星体群长度约16亿光年,然而,在2013年,科学家却发现了一个狭长的、绵延了40亿光年的巨型超大类星体群,它由73个类星体组成,距离地球90亿光年远。

超巨洞还不算是最大的问题。2012年,英国中央兰开夏大学的Roger
Clowes团队宣布发现了一个40亿光年长的巨大线状结构,比超巨洞还要大一倍多。“我们当时想‘这是什么?’很明显那是非常不寻常的东西。”Clowes说。这一次并不是空间中有一个空洞,而是有的位置异常拥挤。这一结构被称作巨型超大类星体群,包含73个类星体(类星体是指非常遥远,极度明亮的活动星系核)。天文学家在20世纪80年代早期就知道类星体总是聚在一起,但是尺度如此巨大的类星体群还前所未有。

这个巨型超大类星体群的发现其实纯属偶然,科学家是在分析关于斯隆数字巡天项目收集到的数据时发现了它。也可以说这个结构不是科学家直接观测到的,而是推算出来的结构。

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科学家在确定巨型超大类星体群时采用的是一种被称为“朋友的朋友”的算法。这种算法首先以一个类星体的位置为基础划出一个给定大小(通常是100百万秒差距为直径,1秒差距=3.2616光年)的球体,如果发现其他类星体出现在这个范围内,那么它们就会被认为是“朋友”,同属于同一个类星体集群。以此类推,直到不再有类星体出现在规定范围内,而所有被圈入的类星体就属于同一个类星体群。

图中的黑色圆圈为观测到的巨型超大类星体群。

正是利用了这种算法,科学家推算出了巨型超大类星体群的存在和规模。虽然这种算法没有受到怀疑,但是这个结构是否存在却是有争议,因为它实在太大了。

2015年,匈牙利的天文学研究团队发现了一个巨大的伽马射线暴(GRB)群,伽马射线暴即为由遥远星系发出,能量极高、寿命短暂的能量爆发。发射GRB的星系看起来组成了一个直径达56亿光年的圆环,占据了6%的可观测宇宙。“我们真的没有预料到会发现这么大的结构,”来自匈牙利康科利天文台,领导这项研究的Lajos
Balázs说。这个尺度比宇宙学原理预言的宇宙应该呈现均一结构的尺度还要大五倍。

一些天文学家称巨型超大类星体群是真实存在的,而一些研究人员称他们观测了巨型超大类星体群,发现其中的类星体只不过是随机排列,因此他们认为那些类星体的位置是随机的,而不是任何大型结构的一部分。

宇宙学原理在我们对于宇宙的理解中占据了非常基本的位置,所以这样明显的反例让天文学家和宇宙学家都很不舒服,甚至这些现象的发现者也不例外。谈到构成GRB大环的强烈闪光时,有人认为其周围可能存在其他星系,这些星系的光因为没有GRB而显得没那么亮。这就像一间黑屋子中均匀分布着电灯泡,而如果只有一部分是亮的,你就有可能对灯泡的分布得出错误的结论。“这个大环并不一定违反了宇宙学原理。”
Balázs说。

尽管这个结构的尺寸确实已经大到有点让人难以置信,让科学家们困惑不已,但是现有的证据更倾向于证明巨型超大类星体群真的存在,并且大多数科学家也相信这个结构是存在的。

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9、超级空洞

图片来源:ESO/M。 Kornmesser

当然,宇宙并不是遍地都是物质,宇宙中更多的地方是空旷无比的。科学家在距离地球30亿光年远的地方就发现了一个横跨18亿光年的超级空洞。这个空洞位于南天星座之一波江星座。在发现这个超级空洞之前,科学家已经知道宇宙中存在空洞,但是如此巨大的尺寸,还是让科学家们困惑不已,他们没想到在宇宙中居然存在这么大的空洞。

重合的宇宙膜

尽管被称为空洞,但是这个区域内并不是完全没有任何物质。在这个超级空洞中,星系密度比其他区域要少30%,其中的“不毛之地”则占整个区域的50%。随着宇宙的膨胀,这个区域中的天体之间的引力也会越来越小,这个区域中空旷的地方会越来越大。

巨型超大类星体群同样引起了激烈的争辩。“我认为这根本不是什么结构。”Nadathur说。2013年,他发表了一篇研究Clowes团队数据分析算法的论文,计算了随机分布的类星体在这种算法下形成结构的可能。他说:“即使什么都没有,用他们的算法也很可能看到某些结构。”但是类星体群的存在也并未因此被直接否认。

这个神秘的空洞给天文学家留下了许多未解之谜,其中最大的谜除了其巨大的规模之外,还有它是否与WMAP(威尔金森微波各向异性探测器)探测到的神秘“冷斑”有关。因为科学家发现,这个区域中的宇宙微波背景辐射温度比宇宙中其他区域略低一些。

Nadathur认为超巨洞和类星体群一样,都是可以和宇宙学原理兼容的。他说:“该原理并没有说不能出现涨落,只是说在大尺度上宇宙应该是均一的。”简单地说,就是超巨洞这样的结构并不是不可能出现,只是不会有太多。

在宇宙中微波背景辐射无处不在,这是宇宙大爆炸的残留。按理说,在宇宙中的所有地方微波背景辐射应该是均匀的,但是天文学家却发现宇宙中有些区域的温度比其他区域要低,这些区域被称为“冷斑”。而冷斑是如何形成的,科学家们还无法给出确切的解释。有科学家认为,冷斑可能是本宇宙和平行宇宙重叠的区域。

但是萨斯喀彻温大学理论物理学家Rainer
Dick认为,这种忽视宇宙巨型结构的做法是不对的。事实上,他认为接受这些结构才能更好地维护宇宙学原理。相反,这是其他维度侵入我们维度的第一手证据,我们原本平滑均一的宇宙正是因为其他维度的入侵才有了这些异常的现象。

随着超级空洞被发现,科学家认为冷斑有可能是由超级空洞引起的:根据理论,我们的宇宙在加速膨胀,在这种情况下当光子穿过空洞区域时,就会失去能量,温度会下降,频率会降低。这使这片空洞的区域温度比其他的区域低。但是也有科学家提出,超级空洞可能无法让微波背景辐射温度变得如此低,冷斑和超级空洞出现在同一位置或许只是巧合。

这个提议似乎胆大包天,但是它是基于坚实的理论基础提出的。一方面,我们所处维度之外的维度并不是什么新事物。几十年来,许多理论学家都将额外维度的存在视为统一广义相对论和量子力学的最大希望。这两个理论共同构成了20世纪物理学的基础,前者处理的是尺度很大的物体,后者处理尺度很小的物体。如果将这两种完全不同的理论结合,就会得到足以囊括宇宙万物的万有理论。

现在,科学家需要做的就是找到更多的证据,证明空洞是否会导致神秘的冷斑出现,或者说空洞其实就是冷斑。

由弦论延伸出来的M理论是万有理论的候选者之一,它认为我们生活在11维的宇宙中,其中有7个维度都紧紧卷曲起来,以至于我们无法看到。M理论十分优雅,数学上也颇具吸引力,有许多影响力很大的支持者。但是M理论有一个巨大缺陷:没有办法做出准确的预测,所以也就没有办法证明它是对的。Dick的工作将弦论拓展为了膜理论,而膜理论或许可以做出预言,也可能解决宇宙学原理的问题。

10、宇宙网

膜理论的核心思想是,我们的宇宙是一层四维的膜,这层膜漂浮在额外的维度中,这些额外维度里也有许许多多相似的膜。这样的想法和我们已有的引力理论并不矛盾,Dick说,因为“你可以加入无限多的额外维度,但最终仍然可以得到广义相对论”。

现在,科学家已经发现了许多大尺度的结构,而从更大的尺度上来说,科学家认为,宇宙的分布不是随机的。从理论上来说,星系聚集在一起形成的区域就像一条条细丝,细丝的交叉处则是浩瀚的星系团,而那些物质稀少的区域穿插在细丝之间,科学家称之为“宇宙网”。

尽管其余的膜因为占据额外的维度而无法直接观测,但膜理论认为我们或许可以观测到相邻的膜和我们的膜重合时产生的效应。

宇宙网被认为是在宇宙诞生早期形成的,它被视为宇宙的框架,它的形成使宇宙中的物质慢慢聚集在一起。这些细丝状结构被认为在宇宙的演化过程中发挥了很大的作用,宇宙的演化在这些区域中被加速了。在这些细丝结构中星系的诞生速度更快,它们也更可能受到其他星系的引力影响,发生融合或者相互远离。科学家认为,这个过程可能一直持续到现在。星系在细丝结构中诞生、演变,并向星系团慢慢聚集,在那里它们将死去。

那么这对于宇宙学原理的问题有什么帮助呢?为了测量遥远物体的距离,天文学家利用了红移效应。他们利用分光计将物体发出的光分解得到光谱线。任何远离我们的物体的光波波长,都会由于宇宙膨胀而拉长,变得更红,所以光谱线也就会向光谱的红端移动。物体的距离越远,远离我们的速度就越快,谱线就移动得越多。如果天文学家看到许多物体都有同样的红移,那么就会将它们认定为某种结构,比如GRB大环和巨型超大类星体群。

当然,关于宇宙网,科学家有的不仅仅是理论,他们还在宇宙中捕捉到了这个结构的一部分。在观测中,科学家发现一个类星体发出的光恰巧指向一个丝状结构,类星体就像宇宙中的灯塔,它发出的光照亮了丝状结构中的气体。顺着这个线索,天文学家捕捉到了更大区域中的星系间“丝状”联系的图像,这些丝状结构相互连接,形成了一张超级宇宙网。

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本文源自大科技*科学之谜2016年第6期杂志、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号:hdkj1997

但是,在膜交界的区域,我们对红移的测量就有可能出现偏差。在这些情况下,一层膜的光子会对另一层膜的带电粒子施加力的作用,这种现象被Dick称为膜串扰。他说:“这将改变重合区域氢原子能级间的距离。”在这些能级间运动的电子释放或吸收光子,产生谱线,我们又依靠这些谱线确定它们和地球的距离。

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但是如果膜串扰使能级间距缩紧,产生光子的波长就会稍稍变长,这会产生和宇宙膨胀无关的红移。如果你没能考虑到这一点,认为红移都是由距离产生的,那你计算得到的距离实际上是偏大的,这样一来,一些原本有物体的地方就什么都看不到了。

重新认识宇宙?

如果这个模型是对的,膜重叠的区域将会产生红移相同、看起来堆在一起的物体,同时产生看起来没有物体的区域,那么这就会让我们认为原本均匀平滑的宇宙出现巨型结构和巨洞。这个理论可以同时解决类星体群、GRB大环和超巨洞三个问题,Dick说:“这些结构都和膜串扰的可能结果吻合。”

当然,事情一般不会这么简单。纽约州立大学科特兰分校的Moataz
Emam说:“要让这一切发生需要很多条件,有的条件看起来很难满足。”Emam同时指出,Dick的理论中一些关于引力的假设以前曾经遭到猛烈的批评,尤其是一些研究弦论的理论工作者认为其与计算结果不符。“但是他的模型确实是可以检验的。”他说。

Emam称,观测天空中天体密集区域和稀疏区域相连的地方,可能会提供必要的证据。考虑到所有巨型结构的红移偏差都是相同的,膜重合的理论可能确实说得通。

斯隆数字巡天(SDSS)提供了有史以来最详尽的宇宙三维图像,在它的帮助下,Dick正计划搜索数据库来得到支持自己理论的数据。他说:“这将会成为平行宇宙存在的坚实证据。”这样的发现不但会解决天文学观测中最复杂的问题,也会给弦论一个实验基础。

但是他消除宇宙中最大的物体的要求,或许会导致新的困难出现。比如我们宇宙之外的膜,将挑战我们对自身在宇宙中的地位的认知,并使宇宙均一性的概念变得毫无意义。在包含有很多膜的广阔宇宙中,宇宙学原理或许根本不值得保留。返回搜狐,查看更多

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