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——这是一点人 赖以生存的银河系的肖像。没人 ,宇宙是那些社会形态的呢?

  无数科学家都曾对其有过诸多猜想,这俩问题报告 也始终没人 确切的答案。经越多年的观测和推演,那些猜想逐渐收敛到另4个 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,宇宙原困就有像床单一样平坦,统统另4个 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。

  一种思路探索宇宙社会形态之谜

  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,即宇宙分布在一点人 常说的立体几何空间里,这俩空间是无限的,其中均匀地分布着无限多的天体。然而,这俩假设与引力理论越多完整契合,统统地处一点矛盾。

  “已经 ,当一点人 认识到弯曲空间的概念前一天,便有了宇宙是三维球面的原困性。”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4个 有限无边的宇宙静态模型,他认为宇宙原困是另4个 有限封闭的三维球面。

  根据广义相对论,物质的地处使得時光英文弯曲。在巨大质量的天体付进 ,光线不“走”直线,统统“走”曲线。已经 ,随着对宇宙的认知进一步加深,一点人 发现,实际上宇宙的真实社会形态地处着多种原困性。

  “最常见的有3种原困,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,宇宙所呈现的一种不同社会形态。

  这俩种原困的宇宙社会形态中,没人 封闭三维球面是有限的空间。三维双曲面就像马鞍的社会形态一样,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。

  没人 ,这俩种原困性究竟哪种才是宇宙的真实社会形态呢?一点人 又是用何种土办法测算出宇宙的社会形态呢?

  “主要有一种思路,其一是用几何的土办法测量,其二是用密度的土办法去界定。”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就有1150°。为社 让原困在球面上或曲率为正的曲面上,内角加起来将超过1150°。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1150°。几何测量土办法的原理是,以观测者作为另4个 顶点,再在空间选折 另4个 点,构成另4个 三角形。原困一点人 能测出三条边的边长,在欧氏几何中就需要选折 这俩具有唯一性的三角形,其顶角的大小就需要计算出来。当事人面,一点人 也需要通过直接观测得到一点人 所在的顶角的大小,与计算值相比,就需要选折 有无一致,还是更大或更小。

  原困这俩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;原困观测值大于计算值,则表明光线在另4个 正曲率面上穿行,即宇宙为球面;原困观测值小于计算值,则表明宇宙是负曲率的双曲面。

  另外一种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下行速率 ,某一时刻的膨胀下行速率 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,宇宙社会形态为无限、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;原困宇宙空间中物质总量越多,使得其密度小于临界密度语句,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,原困沿着几何测量思路,在宇宙尺度上,一点人 不原困飞到足够远的距离去实地探测,原困原困仅仅是在银河系内甚至银河系付进 测量,得到的也统统局部的曲率,越多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。

  原困沿着宇宙密度的思路去研究,实际操作起来也很困难。原困在于,觉得一点人 原困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难 测准。星系间地处广袤的空间,星系内和星系之间的空间密度便大不一样。更何况,宇宙中还地处着尚未观测到的、所谓的暗物质,其数量原困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折 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,一点人 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。“实验是地处误差的,为社 让基于这俩结果,一点人 认为宇宙没人 明显的正曲率或负曲率,几乎是平坦光滑的空间社会形态。”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)普朗克巡天计划宣告了更为精确的观测数据。“尽原困地剔除了相关实验误差前一天,欧洲航天局的数据显示,宇宙曲率原困倾向于正,即宇宙社会形态为封闭球面,觉得这俩‘倾向’越多十分明显。”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,又分析了几瓶数据,采用不同的模型对那些数据进行拟合,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?宇宙社会形态的争论有无也就此尘埃落定?

  “此次研究中所采用的统计学研究越多无懈可击,还地处一定的误差。但原困事实觉得没人 ,那必然会推翻统统有传统的认知。”陈学雷告诉科技日报记者,研究人员原困会低估统计误差,统统有真实的概率或许没人 99%没人 高。

  “值得注意的是,所有的参数推演就有基于一定的模型,类似通过时间和下行速率 ,需要计算出路程。路程、时间、下行速率 这三者之间的关系统统另4个 简单的模型。而这项研究中,一点人 越多选折 其用到的模型一种有无中有 了所有的物理学效应,这是值得进一步研究的。”陈学雷指出,比如未考虑到一点效应,或地处一点未知效应,就会影响一点人 对宇宙真实社会形态的判断。

  研究人员也表示:“我要说我相信另4个 封闭的宇宙。”他认为,这俩结果统统表明与以往的研究有差异,至于为社 会地处这俩差异,应谨慎地探索其中原困。

  以往也曾有研究指出,宇宙的社会形态越多平坦的三维欧氏空间。为社 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社会形态。”陈学雷告诉记者,宇宙微波背景辐射的温度是不均匀的。宇宙早期地处声波振荡,第一次振荡产生的热斑最大。以往的研究至少统统在这俩最大热斑的基础上画了另4个 三角形,测量宇宙曲率。事实上,原困改变其中一点参数,即便不同的模型也原困会拟合出同样的曲线,为社 让准确度相对较低,可信度也较低。

  “而此次研究至少不仅采用了最大热斑的三角形,还同半时 析了一点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,拟合效果越多理想,这表明还有一点东西一点人 未考虑到,需要进一步的探索。”(于紫月)

[ 责编:赵宇豪 ]

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