無論理論有多么精妙，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都將是最后一句話！對行星逆行運(yùn)動(dòng)的觀察是哥白尼日心說公轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，在哥白尼日心說中，太陽在太陽系的中心取代了地球，即推翻了地心說，水星不同尋常的軌道為廣義相對論驗(yàn)證提供了又一個(gè)證實(shí)。

事實(shí)上，我們對宇宙的全部理解都是建立在觀察到的基礎(chǔ)之上?，F(xiàn)在發(fā)表在《自然天文學(xué)》期刊上的新研究已經(jīng)得出了一個(gè)結(jié)論，如果得到證實(shí)，可能會(huì)引發(fā)宇宙學(xué)危機(jī)。研究表明，宇宙的形狀可能是彎曲的，而不是像先前認(rèn)為的那樣是平坦的。

在彎曲宇宙中，無論朝哪個(gè)方向旅行，都會(huì)在起點(diǎn)結(jié)束，就像在球體上一樣，雖然宇宙有四個(gè)維度，包括時(shí)間維度。這一結(jié)果是基于普朗克衛(wèi)星對宇宙微波背景的測量，宇宙微波背景是大爆炸遺留下來的。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，質(zhì)量扭曲了它周圍的空間和時(shí)間。因此，光線明顯地繞著一個(gè)巨大的物體轉(zhuǎn)了一半圈甚至更多，而不是沿直線傳播，這種效應(yīng)被稱為引力透鏡效應(yīng)。普朗克數(shù)據(jù)中這樣的透鏡，比應(yīng)該存在的要多得多，這意味著宇宙中可能包含比我們想象要多得多的暗物質(zhì)。

如重大修改，將讓人頭疼

在研究中證明了封閉宇宙可以為這一效應(yīng)提供物理解釋，因?yàn)樗軌蛉菁{比平坦宇宙更多的暗物質(zhì)，這樣的宇宙與廣義相對論是完全相容的。然而，并不是所有宇宙學(xué)家都認(rèn)可封閉的宇宙。如果球狀宇宙是透鏡異常的解決方案，那么必須處理幾個(gè)重要的后果。首先必須修改宇宙學(xué)的一個(gè)基本基石：宇宙膨脹理論。膨脹描述了大爆炸后的第一個(gè)瞬間，預(yù)測了原始宇宙的指數(shù)膨脹時(shí)期。這個(gè)理論是在過去40年里發(fā)展起來，當(dāng)它們相距太遠(yuǎn)而不能接觸的時(shí)候，用來解釋為什么宇宙中遙遠(yuǎn)的部分看起來相同，溫度也一樣。

膨脹解決了這個(gè)問題，因?yàn)樗馕吨钪嬷羞b遠(yuǎn)的區(qū)域曾經(jīng)是相連的，但是將這些區(qū)域分開的快速膨脹時(shí)期，也被認(rèn)為是將宇宙精確地平坦的原因之一。如果宇宙是封閉的，標(biāo)準(zhǔn)膨脹就有麻煩了，這意味著將失去標(biāo)準(zhǔn)解釋，為什么宇宙有它所擁有的結(jié)構(gòu)？一旦假設(shè)宇宙是彎曲的，普朗克數(shù)據(jù)基本上與所有其他數(shù)據(jù)集不一致。正如在研究論文中所述的，這一切都?xì)w結(jié)為宇宙學(xué)的真正危機(jī)。出于這些原因，宇宙學(xué)家非常謹(jǐn)慎，許多宇宙學(xué)家更愿意將結(jié)果歸因于統(tǒng)計(jì)上的僥幸，當(dāng)來自未來實(shí)驗(yàn)的新數(shù)據(jù)可用時(shí)，統(tǒng)計(jì)僥幸就會(huì)得到解決。

那會(huì)不會(huì)是錯(cuò)了？

這當(dāng)然有可能被證明是錯(cuò)誤的，但是，在該研究的研究人員看來，有一個(gè)主要原因，為什么不應(yīng)該僅僅丟棄這種反常現(xiàn)象。在粒子物理學(xué)中，一個(gè)發(fā)現(xiàn)應(yīng)該達(dá)到至少五個(gè)“西格瑪”的精確度，才能被社區(qū)的同行接受。在本研究中，只是略高于三個(gè)西格瑪，所以顯然低于這個(gè)接受水平。但是，雖然粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型是基于已知和已證實(shí)的物理，但標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型是基于未知的物理。目前宇宙學(xué)三大支柱：暗物質(zhì)、暗能量和宇宙膨脹的物理證據(jù)完全來自宇宙學(xué)，它們的存在可以解釋許多天體物理觀測。

但是它們既不是在最小尺度上支配宇宙的粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中，也不是在大尺度上運(yùn)行的廣義相對論中被期望。相反，這些物質(zhì)屬于未知物理學(xué)領(lǐng)域，沒有人在實(shí)驗(yàn)室或其他地方見過暗物質(zhì)、暗能量或膨脹。因此，雖然粒子物理學(xué)中的異?？梢员灰暈槲覀兛赡苄枰挛锢韺W(xué)的暗示，但宇宙學(xué)中的異常應(yīng)該被視為我們必須揭示完全未知物理的唯一方式。因此，該研究發(fā)現(xiàn)最有趣的結(jié)果不是宇宙看起來是彎曲不是平坦的，而是它可能迫使我們以一種完全不同的方式重新排列宇宙拼圖的碎片。

博科園｜文：Eleonora Di Valentino/The Conversation

參考期刊《自然天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-019-0906-9

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