我們認為我們所知道的關於宇宙形狀的一切都可能是錯誤的。一項新的研究表明，我們的宇宙可能不是像床單一樣平坦，而是像一個巨大的、充氣的氣球一樣彎曲。
這是今天（11月4日）發表在《自然-天文學》雜誌上的一篇新論文的主要觀點，該論文研究了來自宇宙微波背景（CMB）的資料，這是大爆炸的微弱回聲。但並非所有人都信服；這項基於2018年釋出的資料的新發現，與多年來的傳統觀點以及另一項基於相同CMB資料集的最新研究相矛盾。
如果宇宙是彎曲的，根據這篇新論文，它的彎曲是緩慢的。這種緩慢的彎曲對於我們在生活中、太陽系甚至銀河系中移動並不重要。但是，如果超越這一切，超出我們的銀河系鄰域，進入深邃的黑暗之中，最終——沿著直線移動——你將繞一圈回到你開始的地方。宇宙學家稱這種想法為“閉合宇宙”。這個想法已經存在一段時間了，但它與現有的宇宙運作理論不符。因此，它在很大程度上被否定，轉而支援“平坦宇宙”，即在每個方向上無限延伸且不會自身環繞的宇宙。現在，來自有史以來對CMB的最佳測量的異常資料提供了可靠的（但並非絕對確鑿的）證據，表明宇宙畢竟是閉合的，根據作者：曼徹斯特大學宇宙學家埃萊奧諾拉·迪·瓦倫蒂諾、羅馬薩皮恩扎大學宇宙學家亞歷山德羅·梅爾基奧裡和約翰·霍普金斯大學宇宙學家約瑟夫·西爾克。
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閉合宇宙和開放宇宙之間的區別有點像拉伸的平板和充氣的氣球之間的區別，梅爾基奧裡告訴Live Science。在任何一種情況下，整個事物都在膨脹。當平板膨脹時，每個點都沿直線遠離其他每個點。當氣球被充氣時，其表面上的每個點都離其他每個點越來越遠，但氣球的曲率使這種運動的幾何形狀更加複雜。
“這意味著，例如，如果你有兩個光子，它們在閉合宇宙中平行傳播，它們最終會相遇，”梅爾基奧裡說。
在開放的、平坦的宇宙中，光子在不受干擾的情況下，將沿著它們的平行路徑傳播，永遠不會相互作用。
梅爾基奧裡說，宇宙暴脹的傳統模型表明宇宙應該是平坦的。根據該模型，將空間的膨脹一直倒回到宇宙的開始，倒回到大爆炸後最初的0.0000000000000000000000001秒，你將看到空間從它開始的無限小點中生長出來的令人難以置信的指數式膨脹時刻。而那種超快膨脹的物理學指向一個平坦的宇宙。他說，這是大多數專家認為宇宙是平坦的第一個原因。如果宇宙不是平坦的，你必須“微調”那種原始機制的物理學，使其完全吻合——並在過程中重做無數的其他計算，梅爾基奧裡說。
但作者在新研究中寫道，這最終可能是必要的。
那是因為CMB中存在異常。 CMB是我們宇宙中看到的最古老的東西，由瀰漫在整個空間的背景微波光組成，當你阻擋星星、星系和其他干擾時就能看到。它是關於宇宙歷史和行為的最重要的資料來源之一，因為它非常古老並且遍佈整個空間。事實證明，根據最新的資料，CMB的“引力透鏡效應”比預期的要顯著得多——這意味著引力似乎比現有物理學所能解釋的程度更大地彎曲了CMB的微波。
該團隊正在利用的資料來自普朗克實驗的2018年釋出版本——歐洲航天局（ESA）的實驗，旨在比以往任何時候都更詳細地繪製CMB地圖。（新資料將發表在即將出版的《天文學與天體物理學》雜誌上，並且現在可在ESA網站上獲取。迪·瓦倫蒂諾和梅爾基奧裡也參與了這項工作。）
為了解釋額外的透鏡效應，普朗克合作組織剛剛在其宇宙形成模型中添加了一個額外的變數，科學家們稱之為“A_lens”。“這是你手動新增的東西，試圖解釋你所看到的。它與物理學沒有聯絡，”梅爾基奧裡說，這意味著愛因斯坦的相對論中沒有A_lens引數。“我們發現你可以用正彎曲的宇宙來解釋A_lens，這是一個更物理的解釋，你可以用廣義相對論來解釋它。”
梅爾基奧裡指出，他們團隊的解釋並非結論性的。根據該團隊的計算，普朗克資料指向一個標準偏差為3.5 sigma的閉合宇宙（一種統計測量，意味著大約99.8%的置信度，結果並非由隨機機會造成）。這遠低於物理學家通常在宣佈一個想法被證實之前所尋求的5 sigma標準。
但一些宇宙學家表示，有更多理由持懷疑態度。
斯坦福大學宇宙學家安德烈·林德告訴Live Science，《自然-天文學》的論文未能考慮到另一篇重要的論文，該論文於10月1日釋出到arXiv資料庫。（該論文尚未在同行評審期刊上發表。）
在那篇論文中，劍橋大學宇宙學家喬治·埃夫斯塔西歐和史蒂文·格拉頓（他們也都參與了普朗克合作組織）研究了比《自然-天文學》論文更窄的資料子集。他們的分析也支援彎曲的宇宙，但統計置信度遠低於迪·瓦倫蒂諾、梅爾基奧裡和西爾克在檢視更大 segments 的普朗克資料時發現的置信度。然而，當埃夫斯塔西歐和格拉頓將資料與來自早期宇宙的其他兩個現有資料集一起檢視時，他們發現總體而言，證據指向一個平坦的宇宙。
當被問及埃夫斯塔西歐和格拉頓的論文時，梅爾基奧裡讚揚了對這項工作的認真對待。但他表示，這兩人的分析過於依賴普朗克資料的一小部分。他還指出，他們的研究是基於普朗克資料的修改版（理論上是改進版）——而不是超過600名物理學家審查過的公共資料集。
林德指出，重新分析是埃夫斯塔西歐和格拉頓的論文基於更好方法的跡象。
埃夫斯塔西歐要求不要直接引用他的話，但在給Live Science的一封電子郵件中指出，如果宇宙是彎曲的，那將引發許多問題——與來自早期宇宙的其他資料集相矛盾，並使宇宙觀測到的膨脹率的差異變得更糟。格拉頓表示他同意。
梅爾基奧裡也同意，閉合宇宙模型將給物理學帶來許多問題。
“我不想說我相信閉合宇宙，”他說。“我有點更中立。我想說，讓我們等待資料，以及新資料會說什麼。我相信現在存在差異，我們必須小心，並試圖找出是什麼產生了這種差異。”
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