這個能裝下1000個銀河系的太空冷斑,或將證明多重宇宙的存在

天文 宇宙 銀河 NASA 造就 造就 2017-08-26

多重宇宙,是指我們的世界之外還存在無限多的世界。這聽起來天馬行空,但已經不再只是一種充滿科幻情懷的妄想。在科學界,它也是一種有著大量追隨者的理論,一些科學家已經開始證明鄰近宇宙的存在。

這個能裝下1000個銀河系的太空冷斑,或將證明多重宇宙的存在

如今,科學家距離證明多重宇宙又近了一步。從最近遞交給《英國皇家天文學會月刊》的一份研究來看,多重宇宙理論變得更加有根有據。

英格蘭杜倫大學研究生瑞日·麥肯齊(Ruari Mackenzie)深入觀察了太空中的一個區域,這片區域是如此冰冷而廣袤,大多數科學家都認為,它不可能只是數據巧合罷了。有天文學家認為,這種所謂的宇宙“冷斑”是因為這片區域內的星系數量稀少而造成的某種光學錯覺。但麥肯齊和同事們通過研究發現,這些區域內的星系密度並不比宇宙中其他地方少,從而證偽了上述猜想。

在這個猜想被否定後,隨之而來的下一個合理解釋就是:冷斑也許是“我們的宇宙”在遠古時期與另一個宇宙撞擊所留下的痕跡。至少在目前,還沒有證據可以證實這一猜想。但是不久之後,隨著一份特殊星空圖的發表,科學家們也許就能確定一點:冷斑究竟是不是另一個宇宙的足印——而這樣的結果將徹底顛覆我們對這個世界的理解。

徹骨的寒冷

如果我們能抵達古老、偏遠的宇宙深處,就能觀察到大爆炸發生僅37萬年後形成的遠古之光——宇宙微波背景輻射(CMB)。這些光中也許就藏有宇宙誕生的祕密,為所有這一切的起源給出最根本解答。因此,一直以來,天文學都試圖捕捉這種餘輝。

歷經多年,他們不斷完善著一份宏觀宇宙圖,其上佈滿了紅色或藍色的斑塊,代表著宇宙微波背景輻射中不同溫度的區域(以及與之相應的不同物質密度)。通常,這些斑塊呈現的溫度差異極其細微——只有一個例外。2004年,天文學家使用美國宇航局(NASA)的WMAP(威爾金森微波各向異性探測器),發現了深藏在波江座裡的一個冷斑,它的溫度似乎只有普通冷斑的一百分之一。而且這個冷斑也十分之大,可以裝下足足1000個銀河系。

這個能裝下1000個銀河系的太空冷斑,或將證明多重宇宙的存在

這片冷斑的意義,不僅僅是一個異常的觀測結果而已。按照科學家構建的宇宙模型,在如此廣闊的區域內,宇宙空間和物質應該是均勻分佈的。而且按照這些模型來預測,自然狀態下產生如此低溫的區域,只有五十分之一的可能性。一些天文學家認為,這種可能性太低,已經超過了他們可接受的範圍。

對此,不少天文學家認為,這個冷斑是前景區域導致的光學錯覺。來自宇宙微波背景輻射的光歷經近138億年,傳過各種物質稠密或是空蕩的宇宙空間。在這種條件下,光線會在引力的作用下發生改變。用地球上發射的火箭打個比方,地球引力會作用於火箭,給火箭減速。同樣的,離開地球的光線也會受到引力影響,只不過不是它的速度,而是波長會增加、能量降低。這會導致光線變紅、變冷。因此,處在前景區域的星系團也許會導致我們觀測到的CMB看上去更藍,如果前景區域裡是一片虛空的話,則會使之變紅、變冷。

如此推斷,那個“超級冷斑”的前景宇宙空間中,是不是有一個巨大的虛空呢?

2015年,夏威夷大學的伊什特萬·扎普迪(István Szapudi)等人認為,他們找到了這樣一片虛空,而且它龐大到歎為觀止,跨度達到了18億光年。但這一結果無法得到天文學家的驗證,爭議隨之而來。

針對這一爭議,麥肯齊和同事們利用新南威爾士的英澳望遠鏡展開研究,收集到7000多個星系的距離和位置信息。在兩項觀測的輔助下,他們創建了一份那片空間內的三維星圖,但它未呈現出任何奇異之處,上面固然有片小小的虛空,但無法用它解釋冷斑的存在。“這就徹底否定了虛空假說。”杜倫大學湯姆·謝克斯(Tom Shanks)說。

不過,還有一個誘人的可能性未被排除:冷斑也許是附近宇宙存在的證據。“我敢說,下一個靠譜的解釋就是氣泡宇宙碰撞假說。”謝克斯表示。“這就要談到宇宙學中的標準模型——以及它的怪異至極。”

自然的結果

很多人想到多重宇宙,也許腦海中就會浮現出某種充滿科幻情懷的想象,比如恐龍並沒有滅絕的世界,或者納粹打贏了二戰的世界,又或者某個黑化版的你為害一方的世界。然而,多重宇宙不僅僅是現代物理學中一種被廣泛接受的理論,而且幾乎是不可避免的。

就以宇宙膨脹理論為例,該理論認為,在大爆炸發生後的第一個瞬間,原始宇宙向外膨脹,體積至少增加了10的26次方倍。儘管該理論受到宇宙學家的青睞(它解答了大爆炸理論的若干問題),但需要注意的是:大多數宇宙膨脹理論都預言了宇宙將永遠膨脹下去。這意味著,不僅我們的世界在向外膨脹,其他無窮多的世界也在膨脹。

這個能裝下1000個銀河系的太空冷斑,或將證明多重宇宙的存在

描摹宇宙大爆炸的抽象藝術作品

利物浦約翰莫爾斯大學的天文學家伊萬·巴爾德(Ivan Baldry)表示,多重宇宙就好比奧卡姆剃刀原理——即最簡單的解釋往往是正解。“既然宇宙中有數不清的恆星系,這些恆星系又組成了數不清的銀河系,那麼有數不清的宇宙也完全說得通。”他說。

這聽著瘋狂,實則不然。“說起平行宇宙,人們腦海中想到的,往往是通往地下世界或其他維度的傳送門。”紐約大學的馬修·克萊班(Matthew Kleban)說。他喜歡將多重宇宙想象成一個個島嶼。

不妨拿夏威夷群島打個比方。站在毛伊島上放眼地平線,你可能看不到其他任何島嶼,也不知有其他島嶼存在,直到有一天,海灘上飄來一顆奇怪的樹——本地明顯沒有這樣的樹種。

也許有一天,我們也會發展那顆來自附近宇宙的“樹”。

或者更確切一點,多重宇宙有點類似可樂中的氣泡。我們的宇宙只是其中一個小小的氣泡罷了。

就在打叉的地方

兩個宇宙相撞會是什麼結果?一旦開始思考這個問題,事情就難免要向科幻方向發展了。如果多重宇宙真的像是可樂氣泡的話,只要產生的宇宙數量若足夠多,那麼,總有某個宇宙就會跟我們的世界相撞,沒準就會在宇宙微波背景輻射中留下溫度瘀痕,被天文學家探測出來。

這樣的撞擊會向宇宙各處發出能量脈衝,就好比航船的尾波,克萊班說。

“如果當時確實發生過這種橫掃整個宇宙的漣漪,必定會在太空中製造出某種特定的形態。”他說。有鑑於宇宙微波背景輻射是早期宇宙殘留的痕跡,這種碰撞給CMB留下的烙印就應該就是那個無從解釋的超級冷斑,或是類似的東西。

在超級冷斑的若干可能解釋中,現在已經能排除其中之一,如此一來氣泡撞擊理論的可能性又大了一分,克萊班說。但他指出,現在還很難給出定論——主要是因為,如此非同反響的結論離不開非同凡響的證據。

非凡的證據也許很快就會出現。目前,天文學家正在合成一份宇宙微波背景輻射的偏振圖。這種偏振現象,就好比湖面反射的光線。克萊班認為,宇宙撞擊留下的微波也會對CMB產生這種折射,找到這種折射,就可以作為宇宙撞擊的證據。

這份CMB偏振圖擬於今年發佈,克萊班希望,我們能儘快找到另一個宇宙存在的證據。“這將是有史以來最重大的科學發現之一,”他說,將其比作哥白尼的日心說革命也不為過。

“它將告訴世人,我們比先前想象中更加卑微渺小。因此,我覺得這將是一場重大發現,給理論物理帶來巨大沖擊。但更重要的是,我認為,它將對人類的想象力帶來巨大沖擊。”

翻譯:雁行

來源:NBC News

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