據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，宇宙形狀是宇宙學(xué)中最重要的問(wèn)題之一，具有深遠(yuǎn)的影響，甚至能夠?yàn)槲覀兘沂居钪娴淖罱K命運(yùn)。

幾十年來(lái)，天文學(xué)家一直在測(cè)量中比宇宙當(dāng)成幾何意義上的平面，但近期的一項(xiàng)宇宙學(xué)研究報(bào)告稱，最新的測(cè)量結(jié)果表明，宇宙實(shí)際上更可能是彎曲的。不過(guò)，這個(gè)問(wèn)題并不止一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量結(jié)果那么簡(jiǎn)單。

我們都知道，地球表面是彎曲的，因此你在高中學(xué)到的幾何知識(shí)并不總是適用。例如，平行線在地球上并不總是保持平行：經(jīng)度線會(huì)在南、北兩極相交，這種情況在平面上是不可能發(fā)生的。如果用一個(gè)三角形將地球上的三個(gè)城市連接起來(lái)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)三角形的內(nèi)角之和超過(guò)了180度，沒(méi)錯(cuò)，這又是球面與平面的差別。

天文學(xué)家對(duì)宇宙的極限曲率非常感興趣：在最宏大的尺度上，平行線和三角形將如何表現(xiàn)?另一方面，這個(gè)問(wèn)題之所以重要，是因?yàn)橛钪嫘螤钆c其最終命運(yùn)關(guān)系緊密。我們用愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論來(lái)理解宇宙，該理論指出，時(shí)空的內(nèi)容物會(huì)影響它的形狀，而形狀決定著內(nèi)容物如何移動(dòng)。

幾何意義上平坦的宇宙會(huì)一直膨脹下去，而“封閉的”宇宙最終會(huì)收縮，導(dǎo)致大爆炸的逆轉(zhuǎn)，也就是所謂的大擠壓(Big Crunch，又稱大蹦墜)。

尋找最初的光

為了確定時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)，我們需要觀察各種各樣遙遠(yuǎn)的光源，并確定這些光源發(fā)出的光是否在路徑上發(fā)生了重大偏差。在數(shù)十億年的時(shí)間里，光束應(yīng)該保持在直線上，這樣我們就可以用遙遠(yuǎn)的探測(cè)器“撫平”由星系和黑洞引起的微小顛簸和擺動(dòng)，并觀察宇宙真實(shí)的、潛在的幾何結(jié)構(gòu)。

讓我們來(lái)看一下宇宙微波背景(cosmic microwave background，簡(jiǎn)稱CMB)，這是“我們宇宙中最古老的光”，充滿整個(gè)宇宙，從宇宙還處于嬰兒狀態(tài)(只有38萬(wàn)歲)時(shí)遺留至今。在過(guò)去的138億年里，這些光一直在向著我們“飛奔”，因此可以通過(guò)研究宇宙微波背景的特征來(lái)確定宇宙是否平坦。

普朗克衛(wèi)星是美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和歐洲空間局(ESA)合作的計(jì)劃，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是以史無(wú)前例的高解析度獲取宇宙微波背景輻射在整個(gè)天空的各向異性圖。普朗克衛(wèi)星確實(shí)很好地完成了任務(wù)，將宇宙微波背景的測(cè)量精度提高到最高水平，最新的數(shù)據(jù)在2018年發(fā)布。

如果分析普朗克衛(wèi)星記錄的宇宙微波背景輻射的原始數(shù)據(jù)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙似乎更傾向于封閉。這些測(cè)量結(jié)果還沒(méi)有顯著到足以被認(rèn)為是定論，但仍然具有啟發(fā)性。這很有趣，因?yàn)槟壳巴ㄟ^(guò)大爆炸理論所了解的一切都表明，我們的宇宙應(yīng)該是非常、非常平坦的。

發(fā)生了什么?根據(jù)普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，我們有兩個(gè)可能的選項(xiàng)：

(1)普朗克衛(wèi)星數(shù)據(jù)表明了事實(shí)，宇宙可能是彎曲的;

(2)普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)欺騙了我們，要么是儀器本身出了問(wèn)題，要么是其他一些天文來(lái)源(例如討厭的星際塵埃)使宇宙看起來(lái)是彎曲的，但實(shí)際上，宇宙仍是平坦的。

普朗克項(xiàng)目合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的分析和檢查，得出的結(jié)論是，我們的宇宙確實(shí)是平坦的，但一些外來(lái)的污染影響了數(shù)據(jù)，使宇宙看起來(lái)是彎曲的。

然而，在近期的研究中，有三位天文學(xué)家進(jìn)行了自己的分析，得出了相反的結(jié)論：普朗克衛(wèi)星數(shù)據(jù)并沒(méi)有騙人，宇宙確實(shí)是彎曲的。

答案到底是什么?

目擊者

隨便問(wèn)一個(gè)偵探，他們都會(huì)告訴你，目擊者的證詞總是靠不住的。你需要多個(gè)互不相關(guān)的人對(duì)同一件事給出類似的描述，然后才能描繪出一幅可靠的畫面。因此，為了確定普朗克衛(wèi)星是否欺騙了我們，我們需要詢問(wèn)其他一些“目擊者”。值得慶幸的是，宇宙學(xué)家有很多可以借鑒的東西，豐富的測(cè)量結(jié)果可以告訴我們宇宙的實(shí)際曲率。

普朗克團(tuán)隊(duì)采取了一種直截了當(dāng)?shù)姆椒?。研究人員結(jié)合了來(lái)自普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)與其他觀測(cè)的數(shù)據(jù)，以一種統(tǒng)計(jì)上合理的方式將它們混合，通過(guò)結(jié)合之后的數(shù)據(jù)集來(lái)探究宇宙曲率。最后的答案是：根本沒(méi)有曲率;我們生活在一個(gè)扁平的宇宙中。

普朗克團(tuán)隊(duì)的研究人員稱，他們自己的數(shù)據(jù)在曲率方面并不完全可靠，宇宙微波背景的測(cè)量必須與其他宇宙探測(cè)器結(jié)合起來(lái)，才能得到準(zhǔn)確的答案。

但是，那三位天文學(xué)家采取了不同的方法。他們相信普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)表明了事實(shí)，即宇宙是彎曲的。因此，當(dāng)他們把其他探測(cè)器的數(shù)據(jù)混合起來(lái)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了結(jié)果存在矛盾，因?yàn)槠渌綔y(cè)器的數(shù)據(jù)表明，我們生活在一個(gè)平坦的宇宙中。因此，我們需要很小心地找出造成這一矛盾的原因。

那么，普朗克衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)我們?nèi)鲋e了嗎?普朗克協(xié)作團(tuán)隊(duì)說(shuō)，是的;而這三位天文學(xué)家(剛好也是普朗克合作項(xiàng)目的成員)給出了否定的答案。傳統(tǒng)的宇宙膨脹模型指向的是一個(gè)平坦的宇宙，這也是大多數(shù)科學(xué)家支持“平坦宇宙”的首要原因。雖然彎曲的宇宙看起來(lái)不太可能，但只有更多的數(shù)據(jù)和更深入的分析才能解決這個(gè)爭(zhēng)論。

關(guān)鍵詞：