地球可能被囚禁在一個宇宙間最荒涼的監獄里

人類對宇宙的看法可能存在天然偏見。

地球所在的空間物質密度較宇宙平均物質密度低20%。

Moritz Haslbauer / Zarija Lukic

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這一新穎的見解，源自對宇宙大爆炸“回聲”的研究。數據顯示，我們所在的星系，也就是銀河系周邊約20億光年內的空間物質密度要比宇宙平均物質密度低大約20%。

如果這一研究成果最終被證明可靠，那么天文學家不但可以對我們宇宙的年齡有一個更確定的認識，還可以解決當下宇宙學所面臨的一個棘手問題——為何距離我們遙遠的宇宙膨脹速度，會比距離我們較近的宇宙膨脹速度低很多？該研究最終可能還會推動當前的宇宙學模型作出重大變革。

近幾十年來，宇宙學家的頭頂盤旋著又一朵“烏云”——觀測結果顯示，宇宙各部分的膨脹速度不一樣。

想要測出宇宙的膨脹速度，兩種方法是人們用得最多的。其一是測量宇宙大爆炸的余暉——也就是“宇宙微波背景輻射”中的細微波動。使用這種方法天文學家得到的宇宙膨脹速度值大約是每百萬秒差距每秒67千米（67km/s/Mpc）。這是最接近宇宙學標準模型預言的一個結果。

但是第二種方法，即通過觀測造父變星的搏動，對距離我們較近宇宙膨脹速度的測量結果卻顯示，宇宙的膨脹速度是每百萬秒差距每秒73.2千米（73.2km/s/Mpc）。

兩者的差異看上去不太大，但第二個結果實際上已經與宇宙學標準模型的預言相矛盾。為了解決這個“危機”，天文學家想盡辦法修改模型，甚至于要把“暗能量”和“暗物質”剔除掉，但是效果卻始終不好。

參與此次研究的天文學家認為，發生這種異常，可能只與一個原因有關，即我們在宇宙中所在的位置有其特殊性。

研究人員稱，差異的產生，可能是因為我們以及我們的星系被困在一個巨大的宇宙空洞中。

所謂宇宙空洞是指宇宙中物質密度相對較低的區域。在宇宙空洞中，空洞邊緣物質產生的引力會把空洞內部的物質向密度較高的空洞外部方向拉動，從而使得空洞內部物質密度越來越低。這會導致我們測得的距離我們相對較近的空洞內部空間膨脹速度，高于距離我們相對遙遠的空洞外部空間膨脹速度。

我們被困在一個宇宙空洞中的概念最初在上世紀90年代就已經出現。那時的天文學家發現，我們所在的所謂“本地”宇宙空間中，星系的數量比周邊宇宙空間少。后續的觀測也支持銀河系可能位于一個本地空洞中心的觀點。但是部分天文學家也提出了相反意見，認為雖然本地空間物質密度似乎沒有那么高，但是那里可能存在大量不發光天體。

此次研究人員則收集了20年的本地空間“重子聲學振蕩（baryon acoustic oscillations）”數據。“重子聲學振蕩”是一種由宇宙大爆炸產生的壓力波。它產生后會在空間中被“凍結”，然后隨宇宙的膨脹不斷擴展，最終塑造出我們今天所見的星系分布格局。

“重子聲學振蕩”產生后僅傳播了很短的時間，在中性原子形成、宇宙冷卻到一定程度后，它們就被永久定格了。通過測量這些波在“宇宙微波背景輻射”中的角直徑，我們可以探知宇宙膨脹的歷史。

測量結果表明，我們生活在一個低密度宇宙空洞里的概率，要比生活在一個中等密度宇宙空間里的概率高100倍。

該研究可以帶來很多啟示——不僅有對宇宙本質的認識，還有對我們自身在宇宙中地位的認識。現代天文學一貫都假定我們看宇宙的視角是無偏差的。但是假如我們真的生活在一個空洞里，那么基于我們所在位置的特殊性，實際上我們是很難做到這一點的。

針對“宇宙微波背景輻射”的“重子聲學振蕩”分析結果認為，地球可能被困在了一個宇宙空洞中。

Gabriela Secara / Perimeter Institute

參考 Is Earth inside a huge void? 'Sound of Big Bang' hints so https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/earth-inside-huge-void-sound-big-bang-hints-so