宇宙是什么形状?最新研究倾向宇宙是个“球”

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宇宙几何模型图 封闭 开放 平坦

  因曲率不同,宇宙将会有你这些 不同的行态,即平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面和弯曲的三维双曲面。

  具有巨大盘面的扁球体,就像个超级大号的铁饼——这是让让许多人 赖以生存的银河系的肖像。没人,宇宙是那此行态的呢?

  无数科学家都曾对其有过诸多猜想,你你这些问题图片也始终没人确切的答案。经太大年的观测和推演,那此猜想逐渐收敛到另俩个多多主流的观点上——宇宙是无边无际的平坦三维空间。

  近日,英国曼彻斯特大学研究人员埃莱奥诺拉·瓦伦蒂诺等人通过对普朗克卫星的观测数据分析指出,宇宙将会完会像床单一样平坦,本来另俩个多多封闭的三维球面,就像个巨大的气球一样弯曲。该研究日前发表在《自然·天文学》杂志上。

  你这些 思路探索宇宙行态之谜

  以牛顿引力为基础的牛顿宇宙观认为,宇宙是无限无边的三维欧氏几何空间,即宇宙分布在让让许多人 常说的立体几何空间里,你你这些空间是无限的,其中均匀地分布着无限多的天体。然而,你你这些假设与引力理论何必 完整版契合,本来位于或多或少矛盾。

  “以后 ,当让让许多人 认识到弯曲空间的概念事先,便有了宇宙是三维球面的将会性。”中国科学院国家天文台研究员陈学雷在接受科技日报记者采访时表示,爱因斯坦构造了另俩个多多有限无边的宇宙静态模型,他认为宇宙将会是另俩个多多有限封闭的三维球面。

  根据广义相对论,物质的位于使得时光英文弯曲。在巨大质量的天体附过,光线不“走”直线,本来“走”曲线。以后 ,随着对宇宙的认知进一步加深,让让许多人 发现,实际上宇宙的真实行态位于着多种将会性。

  “最常见的有3种将会,即平直的三维欧氏几何空间、弯曲的封闭三维球面和弯曲的三维双曲面。”陈学雷表示,即宇宙曲率分别为零、正和负时,宇宙所呈现的你这些 不同行态。

  这你这些 将会的宇宙行态中,不还还可以 封闭三维球面是有限的空间。三维双曲面就像马鞍的行态一样,马鞍的双侧下沿无限延伸。而平坦的三维欧氏空间就更无边无际了。

  没人,这你这些 将会性究竟哪种才是宇宙的真实行态呢?让让许多人 又是用何种土方式测算出宇宙的行态呢?

  “主要有你这些 思路,其一是用几何的土方式测量,其二是用密度的土方式去界定。”陈学雷介绍。

  众所周知,在平直空间的欧氏几何中,任何三角形的内角之和完会130°。或者将会在球面上或曲率为正的曲面上,内角加起来将超过130°。而在双曲面或曲率为负的曲面上,三角形内角加起来将小于130°。几何测量土方式的原理是,以观测者作为另俩个多多顶点,再在空间选择另俩个多多点,构成另俩个多多三角形。将会让让许多人 能测出三条边的边长,在欧氏几何中就还还可以 选择你你这些具有唯一性的三角形,其顶角的大小就还还可以 计算出来。本人面,让让许多人 也还还可以 通过直接观测得到让让许多人 所在的顶角的大小,与计算值相比,就还还可以 选择是否是 一致,还是更大或更小。

  将会你你这些顶角的观测值和计算值(真实值)相等,表明宇宙是平直的三维欧氏空间;将会观测值大于计算值,则表明光线在另俩个多多正曲率面上穿行,即宇宙为球面;将会观测值小于计算值,则表明宇宙是负曲率的双曲面。

  另外你这些 思路取决于膨胀宇宙的总体密度和临界密度的关系。临界密度取决于膨胀强度,某一时刻的膨胀强度越高,临界密度也越高。

  根据广义相对论,当宇宙的总体密度(即平均密度)等于临界密度时,宇宙行态为无限、平坦的三维欧氏空间;当总体密度大于临界密度时,宇宙的几何性质表现为球面几何;将会宇宙空间中物质总量太大,使得其密度小于临界密度得话,宇宙表现为双曲几何。

  微波背景辐射掀起宇宙神秘面纱

  然而,将会沿着几何测量思路,在宇宙尺度上,让让许多人 不将会飞到足够远的距离去实地探测,将会将会仅仅是在银河系内甚至银河系附过测量,得到的也本来局部的曲率,何必 整个宇宙的真实曲率。就像是地球上有高山、盆地,高低不平,但地球总体上还是个球体。

  将会沿着宇宙密度的思路去研究,实际操作起来也很困难。导致 在于,其实让让许多人 将会测算出了与哈勃常数相关的临界密度值,但宇宙的总体密度却不能自己测准。星系间位于广袤的空间,星系内和星系之间的空间密度便大不一样。更何况,宇宙中还位于着尚未观测到的、所谓的暗物质,其数量将会远超过目前的可见物质,这给总体密度的测定带来了很大的不选择因素。

  宇宙微波背景辐射则为推算宇宙平均密度提供了很大助力。20世纪90年代末的毫米波段气球观天计划中,让让许多人 通过对宇宙微波背景辐射的相关数据整理,测量出宇宙总体密度与临界密度的比值接近于1。“实验是位于误差的,或者基于你你这些结果,让让许多人 认为宇宙没人明显的正曲率或负曲率,几乎是平坦光滑的空间行态。”陈学雷表示,这也与宇宙暴胀理论所预测的平坦宇宙不谋而合。

  2018年,欧洲航天局(ESA)普朗克巡天计划组阁 了更为精确的观测数据。“尽将会地剔除了相关实验误差事先,欧洲航天局的数据显示,宇宙曲率将会倾向于正,即宇宙行态为封闭球面,其实你你这些‘倾向’何必 十分明显。”陈学雷说。

  此次研究中,瓦伦蒂诺等人通过普朗克卫星观测得到宇宙微波背景辐射“引力透镜化”程度的数据基础,又分析了多量数据,采用不同的模型对那此数据进行拟合,相关计算得出宇宙是封闭球面的概率约为99%。

  结果更可靠但争论远未尘埃落定

  这项研究结果可靠吗?宇宙行态的争论是否是 也就此尘埃落定?

  “此次研究中所采用的统计学研究何必 无懈可击,还位于一定的误差。但将会事实其实没人,那必然会推翻本来传统的认知。”陈学雷告诉科技日报记者,研究人员将会会低估统计误差,本来真实的概率或许没人99%没人高。

  “值得注意的是,所有的参数推演完会基于一定的模型,之类通过时间和强度,还还可以 计算出路程。路程、时间、强度这三者之间的关系本来另俩个多多简单的模型。而这项研究中,让让许多人 何必 选择其用到的模型你这些 是否是 中有 了所有的物理学效应,这是值得进一步研究的。”陈学雷指出,比如未考虑到或多或少效应,或位于或多或少未知效应,就会影响让让许多人 对宇宙真实行态的判断。

  研究人员也表示:“我不想 说我相信另俩个多多封闭的宇宙。”他认为,你你这些结果本来表明与以往的研究有差异,至于为什么在么在位于你你这些差异,应谨慎地探索其中导致 。

  以往也曾有研究指出,宇宙的行态何必 平坦的三维欧氏空间。为什么在么在此次研究,学界较为关注?

  “以往的研究通常会根据宇宙微波背景辐射的热斑判断宇宙行态。”陈学雷告诉记者,宇宙微波背景辐射的温度是不均匀的。宇宙早期位于声波振荡,第一次振荡产生的热斑最大。以往的研究离米 本来在你你这些最大热斑的基础上画了另俩个多多三角形,测量宇宙曲率。事实上,将会改变其中或多或少参数,即便不同的模型也将会会拟合出同样的曲线,或者准确度相对较低,可信度也较低。

  “而此次研究离米 不仅采用了最大热斑的三角形,还一起去分析了或多或少振荡所产生热斑的三角形,宇宙是封闭球面的结果相对更加可信。”陈学雷谈道,“文章中还提到了对除宇宙微波背景辐射之外的观测,如超新星等,拟合效果何必 理想,这表明还有或多或少东西让让许多人 未考虑到,不想 进一步的探索。”(实习记者 于紫月)