宇宙是個大泡泡:研究指出我們可能處在一個巨大的泡泡中

離我們最近的幾千個星系在一個直徑2.5億光年的巨大“氣泡”中移動,其中物質的平均密度是宇宙其他部分的一半。這是一位理論物理學家提出的假設,目的是解決一個困擾科學界十年的難題:宇宙以什麼速度膨脹?



地球、太陽系、整個銀河系,以及離我們最近的幾千個星系,都在一個直徑為2.5億光年的巨大“氣泡”中運動,其中物質的平均密度是宇宙其他部分的一半。這是一位來自日內瓦大學(UNIGE)的理論物理學家提出的假設,他的目的是解決一個困擾科學界十年的難題:宇宙以什麼速度膨脹?到目前為止,至少有兩種獨立的計算方法得出了兩個相差約10%的值,其偏差在統計上是不可調和的。這項發表在《物理快報B》(Physics Letters B)雜誌上的新方法在沒有使用任何“新物理”的情況下消除了這種差異。

自從138億年前大爆炸以來,宇宙就一直在膨脹。大爆炸是由比利時教士和物理學家喬治·勒梅特(Georges Lemaitre, 1894-1966)首先提出的一個命題,也是由埃德溫·哈勃(Edwin Hubble, 1889-1953)首次證明的。美國天文學家在1929年發現,每個星系都在離我們越來越遠,距離最遠的星系移動速度最快。這表明在過去有一段時間,所有的星系都位於同一地點,這個時間只能與大爆炸相對應。這項研究產生了哈勃-勒梅特定律,包括哈勃常數(H0),它表示宇宙的膨脹率。目前對H0的最佳估計是70 (km/s)/Mpc(這意味著宇宙每326萬光年以每秒70公里的速度擴張)。問題是有兩種相互矛盾的計算方法。



零星的超新星

第一種是基於宇宙微波背景輻射:這是一種來自四面八方的微波輻射,在宇宙變冷到足以讓光自由流通的時候發射出來(大爆炸後約37萬年)。利用普朗克空間任務提供的精確數據,並考慮到宇宙是均勻和各向同性的事實,用愛因斯坦的廣義相對論計算H0的值為67.4。第二種計算方法是基於偶爾出現在遙遠星系中的超新星。這些非常明亮的事件為觀測者提供了高度精確的距離,這種方法使得確定H0為74的值成為可能。

UNIGE科學院理論物理系的教授Lucas Lombriser解釋道:“這兩個值在多年的時間裡變得越來越精確,但同時又保持著一定的差異。沒多久就引發了一場科學上的爭論,甚至喚起了我們可能正在研究一種‘新物理學’的激動人心的希望。”為了縮小這一差距,Lombriser教授提出了一個觀點,即宇宙並不像他所聲稱的那樣是均勻的,這個假設在相對較小的範圍內似乎是顯而易見的。毫無疑問,物質在星系內的分佈與在星系外不同。然而,很難想象以比星系大幾千倍的體積計算的物質平均密度的波動。



“哈勃泡沫”

“如果我們處在一個巨大的‘氣泡’中,”Lombriser教授繼續說,“物質的密度比整個宇宙的已知密度要低得多,這將對超新星的距離產生影響,並最終決定H0。”

所有這一切都將需要這個“哈勃氣泡”足夠大,包括作為測量距離參考的星系。通過建立一個直徑2.5億光年泡沫,計算物理學家,如果內部物質的密度低於50%的宇宙,一個新值將獲得哈勃常數,這就會同意一個獲得使用宇宙微波背景。Lombriser教授說,在這個範圍內出現這種波動的概率是1 / 20到1 / 5,這意味著這不是理論家的幻想。在浩瀚的宇宙中,有很多地方和我們一樣。”