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——这是亲戚大伙赖以生存的银河系的肖像。如此,宇宙是什么特性的呢?

  无数科学家都曾对其有过诸多猜想,这些问题图片也始终如此确切的答案。经过多年的观测和推演,什么猜想逐渐收敛到一个多 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,宇宙刚刚 前要像床单一样平坦,本来一个多 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。

  四种 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,即宇宙分布在亲戚大伙常说的立体几何空间里,这些空间是无限的,其中均匀地分布着无限多的天体。然而,这些假设与引力理论不须删剪契合,本来发生有些矛盾。

  “让你,当亲戚大伙认识到弯曲空间的概念刚刚 ,便有了宇宙是三维球面的刚刚 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,爱因斯坦构造了一个多 有限无边的宇宙静态模型,他认为宇宙刚刚 是一个多 有限封闭的三维球面。

  根据广义相对论,物质的发生使得旧时空弯曲。在巨大质量的天体附过,光线不“走”直线,本来“走”曲线。让你,随着对宇宙的认知进一步加深,亲戚大伙发现,实际上宇宙的真实特性发生着多种刚刚 性。

  “最常见的有3种刚刚 ,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,宇宙所呈现的四种 不同特性。

  这些种刚刚 的宇宙特性中,不到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。

  如此,这些种刚刚 性究竟哪种才是宇宙的真实特性呢?亲戚大伙又是用何种办法测算出宇宙的特性呢?

  “主要有四种 思路,其一是用几何的办法测量,其二是用密度的办法去界定。”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前要160 °。让你 刚刚 在球面上或曲率为正的曲面上,内角加起来将超过160 °。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160 °。几何测量办法的原理是,以观测者作为一个多 顶点,再在空间取舍一个多 点,构成一个多 三角形。刚刚 亲戚大伙能测出三条边的边长,在欧氏几何中就能不到取舍这些具有唯一性的三角形,其顶角的大小就能不到计算出来。本人面,亲戚大伙才能不到通过直接观测得到亲戚大伙所在的顶角的大小,与计算值相比,就能不到取舍否是是一致,还是更大或更小。

  刚刚 这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;刚刚 观测值大于计算值,则表明光线在一个多 正曲率面上穿行,即宇宙为球面;刚刚 观测值小于计算值,则表明宇宙是负曲率的双曲面。

  另外四种 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波特率,某一时刻的膨胀波特率越高,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;刚刚 宇宙空间中物质总量过多,使得其密度小于临界密度话语,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,刚刚 沿着几何测量思路,在宇宙尺度上,亲戚大伙不刚刚 飞到足够远的距离去实地探测,刚刚 刚刚 仅仅是在银河系内甚至银河系附过测量,得到的也本来局部的曲率,不须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。

  刚刚 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,确实亲戚大伙刚刚 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好难测准。星系间发生广袤的空间,星系内和星系之间的空间密度便大不一样。更何况,宇宙中还发生着尚未观测到的、所谓的暗物质,其数量刚刚 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取舍因素。

  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,亲戚大伙通过对宇宙微波背景辐射的相关数据分派,测量出宇宙总体密度与临界密度的比值接近于1。“实验是发生误差的,让你 基于这些结果,亲戚大伙认为宇宙如此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)普朗克巡天计划组阁 了更为精确的观测数据。“尽刚刚 地剔除了相关实验误差刚刚 ,欧洲航天局的数据显示,宇宙曲率刚刚 倾向于正,即宇宙特性为封闭球面,确实这些‘倾向’不须十分明显。”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,又分析了血块数据,采用不同的模型对什么数据进行拟合,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?宇宙特性的争论否是是也就此尘埃落定?

  “此次研究中所采用的统计学研究不须无懈可击,还发生一定的误差。但刚刚 事实确实如此,那必然会推翻过多过多传统的认知。”陈学雷告诉科技日报记者,研究人员刚刚 会低估统计误差,过多过多真实的概率或许如此99%如此高。

  “值得注意的是,所有的参数推演前要基于一定的模型,之类通过时间和波特率,能不到计算出路程。路程、时间、波特率这三者之间的关系本来一个多 简单的模型。而这项研究中,亲戚大伙不须取舍其用到的模型四种 否是是所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,比如未考虑到有些效应,或发生有些未知效应,就会影响亲戚大伙对宇宙真实特性的判断。

  研究人员也表示:“我要说我相信一个多 封闭的宇宙。”他认为,这些结果本来表明与以往的研究有差异,至于为啥发生这些差异,应谨慎地探索其中原困。

  以往也曾有研究指出,宇宙的特性不须平坦的三维欧氏空间。为啥此次研究,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。宇宙早期发生声波振荡,第一次振荡产生的热斑最大。以往的研究大概本来在这些最大热斑的基础上画了一个多 三角形,测量宇宙曲率。事实上,刚刚 改变其所含些参数,即便不同的模型也刚刚 会拟合出同样的曲线,让你 准确度相对较低,可信度也较低。

  “而此次研究大概不仅采用了最大热斑的三角形,还同半时析了有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,拟合效果不须理想,这表明还有有些东西亲戚大伙未考虑到,前要进一步的探索。”(于紫月)

[ 责编:赵宇豪 ]

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