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多重宇宙存在吗?证据就藏在这份星图里

2022-09-03 17:50:27 2305

摘要:在科学界,它也是一种有着大量追随者的理论,一些科学家已经开始证明邻近宇宙的存在。这听起来天马行空,但已经不再只是一种充满科幻情怀的妄想。从最近递交给《英。如今,科学家距离证明多重宇宙又近了一步。多重宇宙,是指我们的世界之外还存在无限多的世界。...

多重宇宙,是指我们的世界之外还存在无限多的世界。这听起来天马行空,但已经不再只是一种充满科幻情怀的妄想。在科学界,它也是一种有着大量追随者的理论,一些科学家已经开始证明邻近宇宙的存在。

如今,科学家距离证明多重宇宙又近了一步。从最近递交给《英国皇家天文学会月刊》的一份研究来看,多重宇宙理论变得更加有根有据。

英格兰杜伦大学研究生瑞日·麦肯齐(Ruari Mackenzie)深入观察了太空中的一个区域,这片区域是如此冰冷而广袤,大多数科学家都认为,它不可能只是数据巧合罢了。有天文学家认为,这种所谓的宇宙“冷斑”是因为这片区域内的星系数量稀少而造成的某种光学错觉。但麦肯齐和同事们通过研究发现,这些区域内的星系密度并不比宇宙中其他地方少,从而证伪了上述猜想。

在这个猜想被否定后,随之而来的下一个合理解释就是:冷斑也许是“我们的宇宙”在远古时期与另一个宇宙撞击所留下的痕迹。至少在目前,还没有证据可以证实这一猜想。但是不久之后,随着一份特殊星空图的发表,科学家们也许就能确定一点:冷斑究竟是不是另一个宇宙的足印——而这样的结果将彻底颠覆我们对这个世界的理解。

彻骨的寒冷

如果我们能抵达古老、偏远的宇宙深处,就能观察到大爆炸发生仅37万年后形成的远古之光——宇宙微波背景辐射(CMB)。这些光中也许就藏有宇宙诞生的秘密,为所有这一切的起源给出最根本解答。因此,一直以来,天文学都试图捕捉这种余辉。

历经多年,他们不断完善着一份宏观宇宙图,其上布满了红色或蓝色的斑块,代表着宇宙微波背景辐射中不同温度的区域(以及与之相应的不同物质密度)。通常,这些斑块呈现的温度差异极其细微——只有一个例外。2004年,天文学家使用美国宇航局(NASA)的WMAP(威尔金森微波各向异性探测器),发现了深藏在波江座里的一个冷斑,它的温度似乎只有普通冷斑的一百分之一。而且这个冷斑也十分之大,可以装下足足1000个银河系。

这片冷斑的意义,不仅仅是一个异常的观测结果而已。按照科学家构建的宇宙模型,在如此广阔的区域内,宇宙空间和物质应该是均匀分布的。而且按照这些模型来预测,自然状态下产生如此低温的区域,只有五十分之一的可能性。一些天文学家认为,这种可能性太低,已经超过了他们可接受的范围。

对此,不少天文学家认为,这个冷斑是前景区域导致的光学错觉。来自宇宙微波背景辐射的光历经近138亿年,传过各种物质稠密或是空荡的宇宙空间。在这种条件下,光线会在引力的作用下发生改变。用地球上发射的火箭打个比方,地球引力会作用于火箭,给火箭减速。同样的,离开地球的光线也会受到引力影响,只不过不是它的速度,而是波长会增加、能量降低。这会导致光线变红、变冷。因此,处在前景区域的星系团也许会导致我们观测到的CMB看上去更蓝,如果前景区域里是一片虚空的话,则会使之变红、变冷。

如此推断,那个“超级冷斑”的前景宇宙空间中,是不是有一个巨大的虚空呢?

2015年,夏威夷大学的伊什特万·扎普迪(István Szapudi)等人认为,他们找到了这样一片虚空,而且它庞大到叹为观止,跨度达到了18亿光年。但这一结果无法得到天文学家的验证,争议随之而来。

针对这一争议,麦肯齐和同事们利用新南威尔士的英澳望远镜展开研究,收集到7000多个星系的距离和位置信息。在两项观测的辅助下,他们创建了一份那片空间内的三维星图,但它未呈现出任何奇异之处,上面固然有片小小的虚空,但无法用它解释冷斑的存在。“这就彻底否定了虚空假说。”杜伦大学汤姆·谢克斯(Tom Shanks)说。

不过,还有一个诱人的可能性未被排除:冷斑也许是附近宇宙存在的证据。“我敢说,下一个靠谱的解释就是气泡宇宙碰撞假说。”谢克斯表示。“这就要谈到宇宙学中的标准模型——以及它的怪异至极。”

自然的结果

很多人想到多重宇宙,也许脑海中就会浮现出某种充满科幻情怀的想象,比如恐龙并没有灭绝的世界,或者纳粹打赢了二战的世界,又或者某个黑化版的你为害一方的世界。然而,多重宇宙不仅仅是现代物理学中一种被广泛接受的理论,而且几乎是不可避免的。

就以宇宙膨胀理论为例,该理论认为,在大爆炸发生后的第一个瞬间,原始宇宙向外膨胀,体积至少增加了10的26次方倍。尽管该理论受到宇宙学家的青睐(它解答了大爆炸理论的若干问题),但需要注意的是:大多数宇宙膨胀理论都预言了宇宙将永远膨胀下去。这意味着,不仅我们的世界在向外膨胀,其他无穷多的世界也在膨胀。

描摹宇宙大爆炸的抽象艺术作品

利物浦约翰莫尔斯大学的天文学家伊万·巴尔德(Ivan Baldry)表示,多重宇宙就好比奥卡姆剃刀原理——即最简单的解释往往是正解。“既然宇宙中有数不清的恒星系,这些恒星系又组成了数不清的银河系,那么有数不清的宇宙也完全说得通。”他说。

这听着疯狂,实则不然。“说起平行宇宙,人们脑海中想到的,往往是通往地下世界或其他维度的传送门。”纽约大学的马修·克莱班(Matthew Kleban)说。他喜欢将多重宇宙想象成一个个岛屿。

不妨拿夏威夷群岛打个比方。站在毛伊岛上放眼地平线,你可能看不到其他任何岛屿,也不知有其他岛屿存在,直到有一天,海滩上飘来一颗奇怪的树——本地明显没有这样的树种。

也许有一天,我们也会发展那颗来自附近宇宙的“树”。

或者更确切一点,多重宇宙有点类似可乐中的气泡。我们的宇宙只是其中一个小小的气泡罢了。

就在打叉的地方

两个宇宙相撞会是什么结果?一旦开始思考这个问题,事情就难免要向科幻方向发展了。如果多重宇宙真的像是可乐气泡的话,只要产生的宇宙数量若足够多,那么,总有某个宇宙就会跟我们的世界相撞,没准就会在宇宙微波背景辐射中留下温度瘀痕,被天文学家探测出来。

这样的撞击会向宇宙各处发出能量脉冲,就好比航船的尾波,克莱班说。

“如果当时确实发生过这种横扫整个宇宙的涟漪,必定会在太空中制造出某种特定的形态。”他说。有鉴于宇宙微波背景辐射是早期宇宙残留的痕迹,这种碰撞给CMB留下的烙印就应该就是那个无从解释的超级冷斑,或是类似的东西。

在超级冷斑的若干可能解释中,现在已经能排除其中之一,如此一来气泡撞击理论的可能性又大了一分,克莱班说。但他指出,现在还很难给出定论——主要是因为,如此非同反响的结论离不开非同凡响的证据。

非凡的证据也许很快就会出现。目前,天文学家正在合成一份宇宙微波背景辐射的偏振图。这种偏振现象,就好比湖面反射的光线。克莱班认为,宇宙撞击留下的微波也会对CMB产生这种折射,找到这种折射,就可以作为宇宙撞击的证据。

这份CMB偏振图拟于今年发布,克莱班希望,我们能尽快找到另一个宇宙存在的证据。“这将是有史以来最重大的科学发现之一,”他说,将其比作哥白尼的日心说革命也不为过。

“它将告诉世人,我们比先前想象中更加卑微渺小。因此,我觉得这将是一场重大发现,给理论物理带来巨大冲击。但更重要的是,我认为,它将对人类的想象力带来巨大冲击。”

翻译:雁行

来源:NBC News

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