我們的宇宙看起來(lái)是歪斜的，甚至可能徹底破壞宇宙觀

宇宙的形狀并不是我們常常去思考的事情。但我和同事們發(fā)表了一項(xiàng)新研究，表明它可能是不對(duì)稱(chēng)或不平衡的，也就是說(shuō)各個(gè)方向都不一樣。

我們應(yīng)該關(guān)心這件事嗎？嗯，今天的“標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型”——描述了整體的動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)宇宙—— 完全基于各向同性（在所有方向上看起來(lái)相同）且在大尺度平均時(shí)均勻的假設(shè)。

但一些所謂的“張力”——即數(shù)據(jù)中的分歧——對(duì)宇宙統(tǒng)一的這一理念提出了挑戰(zhàn)。

相關(guān)報(bào)道：我們宇宙的中心并不存在。一位物理學(xué)家解釋了原因。

我們剛剛發(fā)表了一篇論文我們關(guān)注其中最重要的張力之一——宇宙偶極異常。我們得出結(jié)論，宇宙偶極子異常對(duì)最廣泛接受的宇宙描述——標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型（也稱(chēng)為Lambda-CDM模型).

那么，宇宙偶極異常是什么？為什么它在詳細(xì)描述宇宙時(shí)會(huì)成為如此困難？

我們先從宇宙微波背景輻射（CMB），即從該地留下的殘留輻射大爆炸.CMB在天空中均勻分布，接近十萬(wàn)分之一。

因此，宇宙學(xué)家對(duì)用愛(ài)因斯坦理論中“最大對(duì)稱(chēng)”的時(shí)空描述來(lái)建模宇宙感到有信心。廣義相對(duì)論.這種對(duì)宇宙的對(duì)稱(chēng)視角，即宇宙在各處、所有方向都相同，被稱(chēng)為“FLRW描述”。

這大大簡(jiǎn)化了愛(ài)因斯坦方程的解法，并成為L(zhǎng)ambda-CDM模型的基礎(chǔ)。

但存在幾個(gè)重要的異?，F(xiàn)象，其中包括一個(gè)廣受爭(zhēng)議的哈勃張力。它以埃德溫·哈勃命名，哈勃被認(rèn)為是1929年發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹的人。

這種緊張關(guān)系在2000年代開(kāi)始顯現(xiàn)于不同的數(shù)據(jù)集，主要來(lái)自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，以及蓋亞衛(wèi)星的最新數(shù)據(jù)。這種張力是一種宇宙學(xué)上的分歧，宇宙早期膨脹速率的測(cè)量與附近（更近代）宇宙的測(cè)量不符。

宇宙偶極子異常受到的關(guān)注遠(yuǎn)不及哈勃張力，但它對(duì)我們理解宇宙的意義更為根本。

那到底是什么？

在確定宇宙微波背景在大尺度上是對(duì)稱(chēng)的，發(fā)現(xiàn)了大爆炸遺留輻射的變異。其中最重要的一個(gè)是CMB偶極子各向異性。這是CMB中最大的溫差，天空一側(cè)較熱，另一側(cè)較冷，溫度約為千分之一。

這種宇宙微波背景輻射的變異并不挑戰(zhàn)宇宙的Lambda-CDM模型。但我們應(yīng)該在其他天文數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的差異。

1984年，喬治·埃利斯和約翰·鮑德溫探討了在遙遠(yuǎn)天文源如射電星系和類(lèi)星體的天空分布中是否存在類(lèi)似的變異，即“偶極各向異性”。這些源必須非常遠(yuǎn)，因?yàn)楦浇脑纯赡苄纬商摷俚摹熬奂紭O子”。

如果“對(duì)稱(chēng)宇宙”FLRW假設(shè)正確，那么這種遠(yuǎn)距離天文源的變化應(yīng)直接由觀測(cè)到的CMB變化決定。這被稱(chēng)為埃利斯-鮑德溫檢驗(yàn)，以天文學(xué)家命名。

CMB與物質(zhì)變異之間的一致性將支持標(biāo)準(zhǔn)的Lambda-CDM模型。Discord會(huì)直接質(zhì)疑它，甚至FLRW的描述。由于這是一個(gè)非常精確的測(cè)試，執(zhí)行所需的數(shù)據(jù)目錄直到最近才開(kāi)始公開(kāi)。

結(jié)果是宇宙未能通過(guò)埃利斯-鮑德溫測(cè)試。物質(zhì)的變異與CMB不匹配。

由于望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星之間可能的誤差來(lái)源，以及光譜中不同波長(zhǎng)的誤差，令人欣慰的是，地面射電望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星在中紅外波段觀測(cè)時(shí)也能獲得相同結(jié)果。

因此，宇宙偶極子異常已成為標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的重大挑戰(zhàn)，盡管天文學(xué)界大多選擇忽視它。

這可能是因?yàn)闆](méi)有簡(jiǎn)單的方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。這不僅需要放棄Lambda-CDM模型，還要放棄FLRW的描述本身，從頭開(kāi)始。

然而，預(yù)計(jì)來(lái)自Euclid和SPHEREx等新衛(wèi)星，以及Vera Rubin天文臺(tái)和平方公里陣列等望遠(yuǎn)鏡，將帶來(lái)大量數(shù)據(jù)。我們可以想象，我們很快可能會(huì)獲得關(guān)于如何構(gòu)建新宇宙學(xué)模型的大膽新見(jiàn)解，利用人工智能（AI）呼叫機(jī)器學(xué)習(xí).

這將對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)——以及我們對(duì)宇宙的理解——產(chǎn)生巨大影響。

蘇比爾·薩卡爾， 榮休教授，牛津大學(xué)

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