自從人類開始用望遠鏡凝視天空以來，我們逐漸發現，用天文學術語來說，我們顯然並沒有那麼特殊。事實證明，地球不是宇宙的中心。它甚至不是太陽系的中心！不幸的是，太陽系也不是宇宙的中心。事實上，有許多與它基本相似的恆星系統，共同構成一個星系。而且，您知道嗎，星系也不是特殊的，而是眾多星系之一，所有星系都有自己的太陽系，太陽系也有行星，其中一些行星大概孕育著它們自己的一群自負的生物，這些生物對宇宙的重要性有著過度膨脹的感覺。
這種平庸的觀念已經融入宇宙學中，以“宇宙學原理”的形式存在。它的要旨是，我們所看到的宇宙基本上到處都一樣——像牛奶一樣均勻，由普通物質均勻地分佈在各個方向。在宇宙等級的頂端，巨大的星系群聚整合分散的、富含物質的絲狀結構和薄片，圍繞著巨大的星系際空隙，但除此之外，結構似乎逐漸消失。英國中央蘭開夏大學的阿萊克西亞·洛佩茲說，如果你能放大並觀察宇宙的全貌，“它看起來會非常平滑。”
洛佩茲將宇宙比作海灘：如果你把一小撮沙子放在顯微鏡下，沙粒看起來會像它們各自特殊的個體。“你會看到不同的顏色、形狀和大小，”她說。“但是，如果你走過海灘，看著沙丘，你只會看到一種均勻的金米色。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
這意味著地球（或任何其他必然存在數萬億顆行星）及其在宇宙中的微小角落，與其他一切相比，似乎沒有特別優越的位置。這種均勻性對天文學家來說很方便，因為它讓他們可以將宇宙部分地視為一種可靠的方式，來推斷整體；無論是在銀河系還是在數十億光年之外的無名星系中，普遍條件都應該是基本相同的。
這種簡化的精神適用於從理解暗物質如何壓低星系團到估計宇宙中可能存在生命友好條件的普遍程度的一切事物，並且它允許天文學家簡化他們對宇宙過去的數學模型以及他們對其未來的預測。“一切都基於[宇宙學原理]是正確的這個想法，”洛佩茲說。“這也是一個非常模糊的假設。因此，真的很難驗證。”
當存在重要的相反證據時，驗證尤其具有挑戰性——並且最近的大量觀測確實表明，宇宙可能比宇宙學家們一直以來舒適地假設的更奇怪，並且具有更大的變化。
如果是那樣的話，人類（以及外面的任何人）實際上可能對光年之外的事物有一種特殊的看法——本身並不優越，但也不是平均的，因為“平均”在足夠大的尺度上甚至不再是一個有用的概念。“不同的觀察者可能會看到略有不同的宇宙，”巴西聖埃斯皮裡圖聯邦大學教授、義大利的裡雅斯特天文臺研究員瓦萊里奧·馬拉說，至少在大尺度上是這樣。
天文學家還沒有拋棄宇宙學原理，但他們正在收集關於其潛在弱點的線索。一種方法是尋找如此巨大的結構，以至於它們挑戰了宇宙的平滑性，即使在非常寬的視野下也是如此。科學家們已經計算出，任何寬度超過約12億光年的東西都會擾亂均勻的宇宙蘋果車。
天文學家已經發現了一些。例如，洛佩茲發現了一種叫做巨弧的怪獸——一條跨越約33億光年的星系曲線。她還發現了大環，一個直徑約13億光年、周長約40億光年的星系環。這兩種奇異結構彼此靠近，並且本身可能連線成更大的結構。
宇宙學本身的研究也給出了理由，對宇宙學原理提出質疑。例如，來自宇宙大爆炸的遺留光，被稱為宇宙微波背景，有一些神秘的大尺度波動，看起來並不完全隨機，密歇根大學的宇宙學家德拉甘·胡特雷爾指出。“這從未得到令人滿意的解釋，”他說。
一些科學家認為，對宇宙學原理的這種潛在挑戰可以透過另一個原理來解釋，宇宙變異性，它指的是天文學家對宇宙的測量中固有的統計不確定性。我們總是受到我們所能看到的限制，因此在數學上總是對從有限樣本中得出什麼結論感到不確定。也許天文學家看到的變異僅僅是不完整性的結果，而不是宇宙屬性的真實反映；也許與我們可見體積相鄰的未觀察到的宇宙塊相比，宇宙平滑性中看似異常的隆起會變得平坦。
當涉及到研究宇宙的足夠大的區域時，宇宙學家確實非常受限：可觀測宇宙的大小是有限的。“如果你說，‘我將研究星系的形狀’，那麼，你很幸運：宇宙中有數十億甚至數十億個星系。你可以用統計資料來解決你的問題，你的樣本方差會非常小，”胡特雷爾說。在更大的尺度上，你只能得到幾個例子，因為可觀測宇宙只分裂成這麼多大的部分。
馬拉曾一度認為，某些宇宙學差異可能是宇宙變異性的結果。但根據他和他人的計算，這已不足以解釋它了。
儘管如此，大多數宇宙觀測都很好地支援了宇宙學原理。因此，雖然科學家們有足夠的資訊來合理地質疑這個想法的有效性，但他們根本沒有準備好放棄它——最重要的是，因為沒有人有可靠的替代方案來取代它。
“沒有違反原理的鐵證，”胡特雷爾說。“然而，有一些非常有趣的異常現象。”
無論如何，由於宇宙學的性質，這是一個難以解讀的問題。“不像在一些你可以在實驗室裡一遍又一遍地做的實驗中，”胡特雷爾說，“你只有一個宇宙。”