想象一片直徑數億光年的宇宙空間,空無一物,沒有星系、恒星,甚至連塵埃都稀少,這就是宇宙空洞,這些“宇宙中的荒漠”占可觀測宇宙體積的60-80%,卻幾乎沒有物質,這是物理定律的漏洞,還是隱藏著未知的秘密?
宇宙空洞是宇宙網中的低密度區域,與星系絲、星系墻和超星系團共同構成宇宙的大尺度結構,星系沿纖維狀結構分布,像肥皂泡的表面,而空洞則是泡內的“空隙”。2024年《Astrophysical Journal》研究表明,典型空洞直徑為3000萬至3億光年,最大者如波江座空洞達10億光年,內部星系密度僅為正常區域的1/10,甚至為零。
在空洞內部,普通物質(重子)和暗物質密度極低,星系數量少于幾十個或無,暗能量(占宇宙能量68%)在空洞中主導膨脹,使其更空曠,在宇宙微波背景輻射(CMB)中,空洞表現為“冷斑”,溫度比平均低0.00015K,因光子穿過空洞時能量損失(ISW效應)。
如果銀河系(直徑10萬光年)位于空洞中,我們可能誤以為宇宙只有我們一個星系,孤獨到無法想象!
宇宙學原理假定宇宙在大尺度(>3億光年)上均勻同質,但空洞的巨大尺度和低密度(如波江座空洞,10億光年)違背了這一假設,2023年《Nature Astronomy》指出,空洞可能暗示早期宇宙的量子漲落異常放大。
2024年哈佛史密森天體物理中心研究認為,暗物質在宇宙早期形成通道,普通物質沿通道聚集成星系,剩余區域被“掏空”成空洞。但為何某些空洞如“超級空洞”幾乎無物質,仍是未解之謎,空洞是暗能量作用的“試驗場”,其超光速膨脹使物質進一步稀疏。2025年暗能量調查(DES)數據顯示,空洞膨脹速度比星系團快10-20%,可能預示宇宙加速撕裂的未來。
若人類身處空洞,如20億光年的“凱南-拉尼亞凱亞空洞”(KBC Void),我們可能被“隔離”,難以接觸其他文明,這與“外星人不來”的大過濾器假說相呼應,令人不寒而栗。
宇宙空洞并非憑空出現,而是大爆炸的“遺跡”,2024年《Physical Review Letters》研究表明,宇宙在誕生后10^-36秒的暴脹中,量子漲落被放大,形成了物質密度的高低區域。密度高的區域坍縮成星系絲,密度低的成為空洞。
大爆炸后數億年,暗物質聚集成網狀通道,普通物質跟隨形成星系,空洞則在引力和暗能量的拉扯下擴大,如波江座空洞,可能由早期黑洞爆發或暴脹異常形成。
一些大膽假說認為,空洞可能是平行宇宙的“接口”,2023年《Sohu》文章提出,空洞內的碰撞痕跡可能來自多維空間或另一宇宙的接觸,類似《星際穿越》中的蟲洞概念,更現實的解釋是,空洞的冷斑和低密度由暗能量和引力共同塑造,與高維無關。
目前波江座空洞直徑10億光年,星系數僅為正常區域的1%,被稱為“宇宙的寂靜谷”。2024年研究猜測,銀河系可能位于20億光年的KBC空洞中,解釋了為何我們難找到外星文明。
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