3项新的研究表明在宇宙学的心脏上的一个冲突

这个宇宙并不像我们认为它应该是的那样“块的”。

HARD SCIENCE — FEBRUARY 1, 2023

Don Lincoln

Credit: daboost / Adobe Stock

关键要点

望远镜本质上是时间机器。随我们检查离地球越来越远的星系，我们正在进一步看回时间中。

一系列新的检查宇宙的“块性”的研究表明在宇宙学的心脏可能是一个冲突。

大爆炸理论仍然是健全的，但它可能需要被调整。

一个描述宇宙的扩张历史的三篇系列科学论文正在告诉一个令人困惑的故事，预测和测量结果略微的不一致。（论文能被在这里访问： one、 two、 three）。虽然这种不一致没有被考虑为是一个现代宇宙学的致命的反驳，但它可能是一个我们的理论需要被修正的暗示。

古代的和现代的创世故事

确切的理解我们周围的世界怎样成形存在是一个已经困扰了人类数千年的问题。世界各地的人们有设计的故事------从古希腊传说的地球和其他原始实体从混沌（第一次被赫西奥德写下）创世到霍皮人创世神话（这描述一系列不同种类的生物被创造最终成为人类）。

在现代时代中仍有竞争的创世故事，但有一个基于经验主义和科学方法的：大约138亿年前这个宇宙开始于一个远更小更热压缩的状态而它从那时以来一直在扩张的想法。这个想法口头上叫“大爆炸”，尽管不同的作家用这个词来意味略有不同的东西。有些人用它来指这个宇宙成形进入存在并开始扩张的确切时刻，而另一些人用它来指在开始后的所有时刻。对这些作家大爆炸仍正在继续，因为宇宙继续扩张。

这种科学解释的美丽是它能被检验。天文学家依靠光有一个有限的速度这个事实，这意味着光跨过宇宙要用时间。例如，我们看到的太阳照耀的光被在我们看到它之前八分钟发射。来自最近的恒星的光大约需要四年到达地球，而来自宇宙中其他地方的光能用数十亿年来到达地球。

望远镜为一个时间机器

效果上这意味着望远镜就是时间机器。通过观察越来越遥远的星系，天文学家能够看到这个宇宙在遥远的过去中看起来像什么一样。通过将距离地球不同距离的星系的观测缝在一起，天文学家们能解开宇宙的演变。

最近的测量用两个不同的望远镜来研究在不同宇宙纪元的宇宙的结构。其中一个叫南极望远镜（SPT）的设施观察最早可能的光，仅在宇宙开始了后38万年发射的。当时，这个宇宙的年龄是它现在年龄的0.003%。如果我们考虑当前的宇宙相当于一个50岁的人，南极望远镜观察这个宇宙当它仅仅12小时大时。

第二个设施被称为暗能量勘察中心（DES）。这是一个非常强大的望远镜，位于智利的一个山顶上。多年来它已经勘察了大约天空的1/8并拍摄了超过3亿个星系，其中许多星系是如此暗它们大约是人类眼睛可见的最暗的恒星的百万分之一。这台望远镜能成像从今天到远回到80亿年前的星系。继续这个一个50岁的人的比喻，暗能量勘察中心能拍摄当宇宙21岁老时开始的宇宙直到现在。（全面披露：我也在那里工作的费米实验室的研究人员进行了这项研究------但我没有参与这项研究。）

随来自遥远星系的光旅行到达地球它能被更靠近我们的星系扭曲。通过用这些微小的扭曲，天文学家已经开发了宇宙中物质的分布的一张非常精确的映射。这个映射包括其中恒星和星系是最熟悉的例子的普通物质，以及暗物质这是一种既不吸收也不发射光的假设的物质的形式。暗物质只被通过它在其它天体上的引力效应观测，并且被认为是比普通物质更5倍多流行的。

大爆炸不完整吗？

为了测试大爆炸，天文学家能用由南极望远镜拍摄的测量数据并利用该理论向前投射到今天。然后，他们能从暗能量勘察取测量结果并比较它们。如果测量是准确的并且理论描述这个宇宙他们应该一致。

而总的来说他们确实如此------但不是彻底的。当纯粹从南极望远镜测量和理论推断天文学家观察当前宇宙应该是的多“团块” 时他们发现这些预测比暗能量勘察目前的测量 “更团块”。

这种不一致是潜在的有重大意义的，并可能发大爆炸的理论是不完整的信号。此外，这并不是天文学家当他们用南极望远镜成像同一原始光对现代日子投射测量时已经遭遇到的第一次差异。不同的研究小组用不同的望远镜已经发现了当前宇宙的膨胀比用南极望远镜见到的古代光的观测预期的更快。这个另一种差异被称为哈勃张力，以美国天文学家埃德温·哈勃的名字命名，他第一次意识到了宇宙正在膨胀。

虽然在宇宙的团块的预测和测量中的新差异是初步的，但可能是这种测量和哈勃张力都意味大爆炸理论可能需要一些调整。提醒你，这种差异并没有上升到完全废除该理论的程度；然而，来调整理论解释新的观察结果是科学方法的本质。

https://bigthink.com/hard-science/conflict-cosmology/