原來宇宙是彎的?一起來看看科學家是怎麼解析的

美國赫芬頓郵報報道,宇宙學家研究宇宙大爆炸後殘餘輻射的細節結構發現,我們處於一個不平衡的宇宙。近日兩名宇宙學家顯示數據表明宇宙是略微彎曲的,類似於馬鞍形狀。如果他們的模型是正確的,這將顛覆人們“宇宙是平的”的觀念。

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2004年,美國宇航局威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)對宇宙微波背景輻射(CMB)的精確測量提供了這種不平衡性的首批證據。有的專家懷疑這或許是系統錯誤,如果利用WMAP的繼任者,歐洲太空局普朗克宇宙飛船進行更高精度的測量,那麼這些錯誤將被糾正。然而今年年初普朗克探測器的結果證實了這種不對稱性。

為了解釋這種不對稱性,英國愛丁堡大學的安德魯·利德爾(Andrew Liddle)和瑪麗娜·科爾特斯(Marina Cortês)提出了一種新的宇宙膨脹理論——假設宇宙大爆炸後經歷了快速膨脹期,也可稱為暴脹期,宇宙在一秒分之幾的時間內長大了幾個數量級。

最簡單的膨脹理論認為,宇宙是平的,它的膨脹主要由名為膨脹的單一量子場所驅動。在這個模型裡,膨脹有兩方面的作用:它引發宇宙膨脹過度併產生微小的密度波動,後者逐漸放大並形成星系的種子。

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然而這個版本的膨脹理論無法解釋宇宙的不均衡性,只能作為一種統計學上的意外情況,這類似於,例如投擲硬幣1000次,頭面向上的次數多過數字面。利德爾表示,如果宇宙微波背景輻射的不均衡性並非統計學上的意外,那麼,它有望提供一個一窺早期宇宙細節結構的窗口。

因此,利德爾和科爾特斯對膨脹理論進行了修改,正如之前的理論學家們一樣,他們引入了第二個量子場—彎曲場(curvaton),以設定嬰兒宇宙的原始密度波動,要不然我們換個詞。 從而使得暴脹成為膨脹過度期的唯一驅動力量。

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研究人員顯示,如果宇宙空間在較大尺度上有微小的負曲率,那麼科學家將能夠觀察到彎曲場會產生不均衡的密度波動。這意味著如果大三角形能夠在宇宙中“拉平”,那麼內部角度將增加到接近180度。在扁平宇宙裡,這個角度將精確的達到180度,且在正曲率的情況下,這個角度甚至超過180度。這項研究發表在最新一期的《物理評論快報》上。

這項研究首次利用基本原理解釋了宇宙不平衡性,美國教堂山北卡羅來納大學的理論學家阿德里安娜·埃里科克(Adrienne Erickcek)這樣說道,她並沒有參與這項研究。在利德爾和科爾特斯的模型裡,CMB的不對稱性源於彎曲場裡較大規模的宇宙缺少統一性。早在2008年,埃里科克和同事也提出了一個類似的模型,但該模型沒有涉及負曲率宇宙。

儘管大量觀察表明,宇宙確實是平的,但最新模型預測的CMB數據的偏差——雖然作者承認這有推測的成分——可能太小以至於仍屬於普朗克衛星測量的範圍以內,利德爾這樣說道。孰是孰非,只有等未來更精確的實驗測量結果來決定。

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