三选一的难题 最新研究倾向宇宙是个“球”

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  具有巨大盘面的扁球体,就像个超级大号的铁饼——这是我们都都我们都都 赖以生存的银河系的肖像。这样,宇宙是哪此特性的呢?

  无数科学家都曾对其有过诸多猜想,某些 哪此的间题也始终这样确切的答案。经太多年的观测和推演,哪此猜想逐渐收敛到另一个多主流的观点上——宇宙是无边无际的平坦三维空间。

  近日,英国曼彻斯特大学研究人员埃莱奥诺拉·瓦伦蒂诺等人通过对普朗克卫星的观测数据分析指出,宇宙将会全是像床单一样平坦,可是我 另一个多封闭的三维球面,就像个巨大的气球一样弯曲。该研究日前发表在《自然·天文学》杂志上。

  本身思路探索宇宙特性之谜

  以牛顿引力为基础的牛顿宇宙观认为,宇宙是无限无边的三维欧氏几何空间,即宇宙分布在我们都都我们都都 常说的立体几何空间里,某些 空间是无限的,其中均匀地分布着无限多的天体。然而,某些 假设与引力理论不想完整版契合,可是我 处于某些矛盾。

  “已经 ,我们都都我们都都我们都都 认识到弯曲空间的概念已经 ,便有了宇宙是三维球面的将会性。”中国科学院国家天文台研究员陈学雷在接受科技日报记者采访时表示,爱因斯坦构造了另一个多有限无边的宇宙静态模型,他认为宇宙将会是另一个多有限封闭的三维球面。

  根据广义相对论,物质的处于使得时光图片 英文弯曲。在巨大质量的天体周边,光线不“走”直线,可是我 “走”曲线。已经 ,随着对宇宙的认知进一步加深,我们都都我们都都 发现,实际上宇宙的真实特性处于着多种将会性。

  “最常见的有3种将会,即平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面和弯曲的三维双曲面。”陈学雷表示,即宇宙曲率分别为零、正和负时,宇宙所呈现的本身不同特性。

  某些种将会的宇宙特性中,必须封闭三维球面是有限的空间。三维双曲面就像马鞍的特性一样,马鞍的双侧下沿无限延伸。而平坦的三维欧氏空间就更无边无际了。

  这样,某些种将会性究竟哪种才是宇宙的真实特性呢?我们都都我们都都 又是用何种最好的最好的办法测算出宇宙的特性呢?

  “主要有本身思路,其一是用几何的最好的最好的办法测量,其二是用密度的最好的最好的办法去界定。”陈学雷介绍。

  众所周知,在平直空间的欧氏几何中,任何三角形的内角之和全是180°。但会 将会在球面上或曲率为正的曲面上,内角加起来将超过180°。而在双曲面或曲率为负的曲面上,三角形内角加起来将小于180°。几何测量最好的最好的办法的原理是,以观测者作为另一个多顶点,再在空间选用另一个多点,构成另一个多三角形。将会我们都都我们都都 能测出三条边的边长,在欧氏几何中就还不还可不可不可不可否选用某些 具有唯一性的三角形,其顶角的大小就还不还可不可不可不可否计算出来。当时人面,我们都都我们都都 也还不还可不可不可不可否通过直接观测得到我们都都我们都都 所在的顶角的大小,与计算值相比,就还不还可不可不可不可否选用否有有一致,还是更大或更小。

  将会某些 顶角的观测值和计算值(真实值)相等,表明宇宙是平直的三维欧氏空间;将会观测值大于计算值,则表明光线在另一个多正曲率面上穿行,即宇宙为球面;将会观测值小于计算值,则表明宇宙是负曲率的双曲面。

  另外本身思路取决于膨胀宇宙的总体密度和临界密度的关系。临界密度取决于膨胀数率,某一时刻的膨胀数率越高,临界密度也越高。

  根据广义相对论,当宇宙的总体密度(即平均密度)等于临界密度时,宇宙特性为无限、平坦的三维欧氏空间;当总体密度大于临界密度时,宇宙的几何性质表现为球面几何;将会宇宙空间中物质总量太多,使得其密度小于临界密度语录,宇宙表现为双曲几何。

  微波背景辐射掀起宇宙神秘面纱

  然而,将会沿着几何测量思路,在宇宙尺度上,我们都都我们都都 不将会飞到足够远的距离去实地探测,将会将会仅仅是在银河系内甚至银河系周边测量,得到的也可是我 局部的曲率,不想整个宇宙的真实曲率。就像是地球上有高山、盆地,高低不平,但地球总体上还是个球体。

  将会沿着宇宙密度的思路去研究,实际操作起来也很困难。愿因在于,真是我们都都我们都都 将会测算出了与哈勃常数相关的临界密度值,但宇宙的总体密度却不能自己测准。星系间处于广袤的空间,星系内和星系之间的空间密度便大不一样。更何况,宇宙中还处于着尚未观测到的、所谓的暗物质,其数量将会远超过目前的可见物质,这给总体密度的测定带来了很大的不选用因素。

  宇宙微波背景辐射则为推算宇宙平均密度提供了很大助力。20世纪90年代末的毫米波段气球观天计划中,我们都都我们都都 通过对宇宙微波背景辐射的相关数据埋点,测量出宇宙总体密度与临界密度的比值接近于1。“实验是处于误差的,但会 基于某些 结果,我们都都我们都都 认为宇宙这样明显的正曲率或负曲率,几乎是平坦光滑的空间特性。”陈学雷表示,这也与宇宙暴胀理论所预测的平坦宇宙不谋而合。

  2018年,欧洲航天局(ESA)普朗克巡天计划公布了更为精确的观测数据。“尽将会地剔除了相关实验误差已经 ,欧洲航天局的数据显示,宇宙曲率将会倾向于正,即宇宙特性为封闭球面,真是某些 ‘倾向’不想十分明显。”陈学雷说。

  此次研究中,瓦伦蒂诺等人通过普朗克卫星观测得到宇宙微波背景辐射“引力透镜化”程度的数据基础,又分析了少量数据,采用不同的模型对哪此数据进行拟合,相关计算得出宇宙是封闭球面的概率约为99%。

  结果更可靠但争论远未尘埃落定

  这项研究结果可靠吗?宇宙特性的争论否有有也就此尘埃落定?

  “此次研究中所采用的统计学研究不想无懈可击,还处于一定的误差。但将会事实真是这样,那必然会推翻可是我 传统的认知。”陈学雷告诉科技日报记者,研究人员将会会低估统计误差,可是我 真实的概率或许这样99%这样高。

  “值得注意的是,所有的参数推演全是基于一定的模型,类式通过时间和数率,还不还可不可不可不可否计算出路程。路程、时间、数率这三者之间的关系可是我 另一个多简单的模型。而这项研究中,我们都都我们都都 不想选用其用到的模型本身否有有饱含了所有的物理学效应,这是值得进一步研究的。”陈学雷指出,比如未考虑到某些效应,或处于某些未知效应,就会影响我们都都我们都都 对宇宙真实特性的判断。

  研究人员也表示:“我想要说我相信另一个多封闭的宇宙。”他认为,某些 结果可是我 表明与以往的研究有差异,至于怎么会会会么会会会处于某些 差异,应谨慎地探索其中愿因。

  以往也曾有研究指出,宇宙的特性不想平坦的三维欧氏空间。怎么会会会么会会此次研究,学界较为关注?

  “以往的研究通常会根据宇宙微波背景辐射的热斑判断宇宙特性。”陈学雷告诉记者,宇宙微波背景辐射的温度是不均匀的。宇宙早期处于声波振荡,第一次振荡产生的热斑最大。以往的研究大慨可是我 在某些 最大热斑的基础上画了另一个多三角形,测量宇宙曲率。事实上,将会改变其中某些参数,即便不同的模型也将会会拟合出同样的曲线,但会 准确度相对较低,可信度也较低。

  “而此次研究大慨不仅采用了最大热斑的三角形,还同八时 析了某些振荡所产生热斑的三角形,宇宙是封闭球面的结果相对更加可信。”陈学雷谈道,“文章中还提到了对除宇宙微波背景辐射之外的观测,如超新星等,拟合效果不想理想,这表明还有某些东西我们都都我们都都 未考虑到,都要进一步的探索。”(于紫月)

[ 责编:赵宇豪 ]

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