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宇宙是弯曲的吗?

今天小编为大家带来了一篇《宇宙是弯曲的吗?》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

宇宙的形状是宇宙学中最重要的问题之一,具有深远的影响,有可能直接影响宇宙的最终命运。

普朗克卫星的数据揭示了宇宙微波背景。

知道曲线

地球表面是弯曲的。我们之所以知道这一点,是因为你在中学学习的几何并不总是适用。例如,平行线在地球上并不总是平行的:经线在北极和南极相交,这在平坦的平原上永远不可能发生。如果你绘制一个连接地球上三个城市的三角形,你会发现该三角形内的角度加起来超过180度。

天文学家对宇宙的极限曲率非常好奇:平行线和三角形在最大尺度上如何表现?他们之所以在意,是因为宇宙的形状与命运息息相关。我们用来理解宇宙的爱因斯坦广义相对论告诉我们,时空的内容会影响其形状,形状会告诉内容如何移动。

一个几何上平坦的宇宙将永远继续膨胀,而一个“封闭”的宇宙最终将向后退,导致大爆炸的逆转。

放眼望去

为了测试时空的几何形状,我们需要查看各种遥远的光源,并确定来自这些光源的光在到达我们的路径上是否经历了任何重大偏离。光束应在数十亿年的时间里一直保持笔直且狭窄,因此我们可以使用远距离探针“平滑”由银河系和黑洞引起的微小小颠簸和摆动,并观察宇宙的真实底层几何结构。

进入宇宙微波背景(CMB),这是从宇宙中只有38万岁的时候留下的光波,它浸透了宇宙。在过去的138亿年中,这种光芒一直在困扰着我们,因此我们可以研究CMB中的要素,以测试宇宙的平坦度。

由美国国家航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)共同合作开发的普朗克卫星(Planck)是在整个CMB上绘制地图的最新举措。普朗克的确做得非常好,将CMB测量到了迄今为止最高的精度,其最新数据于2018年发布。

而且,如果你看一下普朗克记录的CMB裸露的原始数据,似乎我们的世界可能更喜欢封闭。该测量值虽然不足以被认为是铁定的,但仍具有启发性。这很有趣,因为我们通过大爆炸理论所了解的一切都表明,我们的宇宙应该非常非常平坦。

这是怎么回事?

借助普朗克数据知道宇宙是弯曲的,我们有两个可能的选择:

—普朗克说的是实话,宇宙可能只是弯曲的。

二普朗克对我们撒谎,仪器本身或其它天文来源(例如讨厌的星际尘埃)使宇宙看起来是弯曲的,但实际上是平坦的。

普朗克合作社本身进行了大量分析和检查,得出的结论是我们的宇宙确实很平坦,但是其它一些污染物正在轻推数据以使其看起来弯曲。

但是最近,三位天文学家进行了自己的分析,得出了相反的结论:普朗克不是骗子,宇宙确实是弯曲的。

答案是什么?

询问任何侦探,他们会告诉你目击者的证词总是不稳定。在绘制可靠的肖像之前,你需要多个没有联系的人,对事件进行类似的陈述。因此,要确定普朗克是否在骗我们,我们需要询问其它一些目击者。

值得庆幸的是,宇宙学家可以从中汲取很多东西,其丰富的测量方法可以使我们了解宇宙的曲率。

普朗克团队采取了直接的方法。研究人员将普朗克卫星的数据与其它观测数据进行了合并,将它们全部混合在一起(以统计学上适当的方式),并询问了合并后的数据集有关宇宙曲率的信息。答案?完全没有弯曲;我们生活在一个平坦的宇宙中。

根据普朗克团队成员的说法,当涉及曲率时,他们自己的数据并不十分可靠,并且必须将CMB的测量值与其它宇宙学探测器相结合才能获得准确的答案。

但是三位天文学家采取了不同的方法。他们认为,普朗克本身就是在说关于弯曲宇宙的真相。因此,当他们将其它探针混合在一起时,就会发现一种张力,因为其它目击者告诉我们,我们生活在一个扁平的宇宙中,因此对宇宙学可能出现的“危机”提出了争议。

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