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(zhì)密度較宇宙平均物質(zhì)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(shù)據(jù)顯示，我們所在的星系，也就是銀河系周邊約20億光年內(nèi)的空間物質(zhì)密度要比宇宙平均物質(zhì)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(xué)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(xué)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(xué)模型作出重大變革。

近幾十年來，宇宙學(xué)家的頭頂盤旋著又一朵“烏云”——觀測結(jié)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(xué)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(xué)標準模型預(yù)言的一個結(jié)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(jié)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(jié)果實際上已經(jīng)與宇宙學(xué)標準模型的預(yù)言相矛盾。為了解決這個“危機”，天文學(xué)家想盡辦法修改模型，甚至于要把“暗能量”和“暗物質(zhì)”剔除掉，但是效果卻始終不好。

參與此次研究的天文學(xué)家認為，發(fā)生這種異常，可能只與一個原因有關(guān)，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(chǎn)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(zhì)密度相對較低的區(qū)域。在宇宙空洞中，空洞邊緣物質(zhì)產(chǎn)生的引力會把空洞內(nèi)部的物質(zhì)向密度較高的空洞外部方向拉動，從而使得空洞內(nèi)部物質(zhì)密度越來越低。這會導(dǎo)致我們測得的距離我們相對較近的空洞內(nèi)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(jīng)出現(xiàn)。那時的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，我們所在的所謂“本地”宇宙空間中，星系的數(shù)量比周邊宇宙空間少。后續(xù)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(xué)家也提出了相反意見，認為雖然本地空間物質(zhì)密度似乎沒有那么高，但是那里可能存在大量不發(fā)光天體。

此次研究人員則收集了20年的本地空間“重子聲學(xué)振蕩（baryon acoustic oscillations）”數(shù)據(jù)。“重子聲學(xué)振蕩”是一種由宇宙大爆炸產(chǎn)生的壓力波。它產(chǎn)生后會在空間中被“凍結(jié)”，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(xué)振蕩”產(chǎn)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(jié)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(zhì)的認識，還有對我們自身在宇宙中地位的認識。現(xiàn)代天文學(xué)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(xué)振蕩”分析結(jié)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