最新研究表明宇宙毕竟是一个球体而不是平坦的

宇宙是看似无尽的海洋,到处都是恒星,星系和星云。在其中,我们看到了启发整个历史故事的模式和星座。但是,我们仍然不了解一种宇宙模式。一个尚未解决的问题:宇宙的形状是什么?我们以为我们知道,但是新的研究提出了另外的建议,这可能表明宇宙学发生了危机。

许多早期的天文学家认为,宇宙是由恒星组成的球体,包围着太阳系,并以固定的,静止的地球为中心。但是几个世纪以来,天文学家发现我们的太阳只是银河系中数十亿个中的一个,而且有数十亿个星光散布在数十亿光年的空间中。创造形式的问题似乎是有争议的。空空间中存在恒星和星系。空间只能是一块空白的画布:平坦,欧几里得和没有结构。

然后在1900年代初期,爱因斯坦(Albert Einstein)发展了他的广义相对论。在其中,空间不是一块空白的画布。它可以根据宇宙中质量的位置和运动来弯曲和伸展,扭曲和变形。这些空间变形会偏转光和物质,从而产生我们称为重力的效应。通过相对论,空间可以呈现不同的形状。这样一来,宇宙就可能具有整体的宇宙形状,就像地球总体上是圆形的一样。

扁平化是我们在日常生活中思考空间的方式。这是我们在学校中学到的欧几里得空间。平坦的空间在所有方向上均等地延伸,并且两个平行的光束将永远保持平行。

开放空间可以想象成马鞍形。它弯曲的方式会随着您向外延伸而发散。最初平行的两束光束将逐渐散开,在穿过宇宙时彼此稍微偏离。

封闭空间通常是球形的。它在延伸时会聚,因此平行的光束最终会像地球上的经线一样会合并交叉。

应该提到的是,这些都不是必须解决整个宇宙在膨胀的事实。宇宙膨胀意味着空间中的点随着时间而散开。宇宙的形状与空间的形状有关。球形气球可以在充气时膨胀,就像可以伸展平坦的橡胶片并保持平坦一样。因此,我们不断扩展的宇宙可以是平坦的,开放的或封闭的。

由于空间的曲率受质量的存在的影响,因此宇宙的整体形状取决于其内部物质的平均密度。在广义相对论中,该值由密度参数给出,它是观测到的密度与宇宙变得平坦所需的“临界密度”之比。如果密度参数为1,则宇宙是平坦的。如果大于1,则将其关闭;如果密度参数小于1,则将其打开。宇宙密度的测量值始终为1。对于观测的极限,宇宙是平坦的,这是我们长期以来一直怀疑的。

但是还有另一种测量宇宙形状的方法,那就是看很远的物体的外观大小。一切都归结为平行光束的行为。在一个平坦的宇宙中,平行线保持平行,因此来自遥远星系两侧的光会以一条直线到达我们。它们相对于彼此的角度保持不变,因此银河系以其真实大小显示。

如果宇宙是开放的,则平行线会随着距离而发散。因此,来自遥远星系的光在到达我们时变得更加平行。这意味着星系看起来会比实际的要小。如果宇宙是封闭的,则会发生相反的光弯曲,并且银河系看起来会比实际的更大。

在《自然》杂志上发表的一篇新论文中,一个团队没有研究星系,而是研究了宇宙微波背景(CMB)内的波动。该中巴是从大爆炸残光,它是最遥远的光,我们可以在宇宙中看到的。因此,它是受宇宙形状影响最大的光。CMB的波动规模由宇宙中暗物质和暗能量的数量决定,我们知道,因此我们知道应该出现多大的波动。当团队分析了来自Plank航天器的CMB数据时,他们发现波动大于预期。这意味着在99%的确定性范围内,宇宙是封闭的,而不是平坦的。

这项新的研究与许多先前的研究相矛盾,后者表明宇宙是平坦的。普朗克(Planck)数据中可能存在一些系统误差,使宇宙看上去是弯曲的,但如果研究准确,则表明我们的理解存在差距。目前,宇宙的形状尚不清楚。

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