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这是官方的:你迷失在一个无方向的世界

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曾与夜晚的天空同行,想知道空间在所有方向上是否真的是一样的,或者宇宙是否像一个巨大的顶端旋转?现在,一个宇宙学家团队使用了最古老的辐射,大爆炸的余辉或宇宙微波背景(CMB),来表明宇宙是“各向同性的”,或者不管你用哪种方式看:空间中没有旋转轴或任何其他特殊方向。事实上,他们估计,只有121,000个机会中有一个首选方向 - 这对于各向同性宇宙来说是最好的证据。这一发现应该为宇宙学家提供一些安慰,他们的宇宙演化标准模型取决于这种一致性的假设。

英国剑桥大学的宇宙学家Anthony Challinor说:“这是一个比以前更加全面的分析,他没有参与这项工作。 “宇宙如何各向同性的问题具有根本重要性。”

1543年,尼古拉斯·哥白尼通过注意到地球围绕太阳而不是周围其他方向,将宇宙和人类从宇宙的中心击倒。这一观察产生了哥白尼原理,认为我们在无限无中心的宇宙中没有特殊的地位。在20世纪初期,随着爱因斯坦的广义相对论的出现和宇宙向各个方向扩展的观察,这个想法演变成了宇宙学原理,它假定宇宙在每个方向和每个方向都是相同的。更奇特的说,宇宙既是均匀的,又是各向同性的。

该原理有其局限性。正如恒星和星系的存在所表明的那样,物质在各处都不是以完全相同的方式分布的。他们认为,这是因为宇宙诞生于大爆炸中的亚原子粒子的均质汤。随着宇宙经历了称为通货膨胀的指数增长突变,该汤中的微小量子波动扩大到庞大的大小,提供密度变化,使星系种子。然而,宇宙学的标准模型依赖于这样的假设:在最大尺度上,这些变化是微不足道的,并且空间是均匀和各向同性的。

但它不一定非得这样。从理论上讲,空间可能从点到点是相同的,但仍然有特殊的方向 - 就像金刚石晶体密度均匀一样,但是其原子排列成行的特定方向。在21世纪初甚至有一些这样的“各向异性”的提示,当时NASA的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)航天器的测量结果表明,杂色CMB中的一些微妙的起伏似乎沿着所谓的“邪恶轴线”排列起来, - 大多数研究人员认为这是一种统计侥幸。

现在,伦敦大学学院的宇宙学家Daniela Saadeh和Andrew Pontzen及其同事已经排除了最严格测试的特殊方向。他们还使用CMB测量,这次是与欧洲空间局的普朗克飞船进行的,它收集了2009年至2013年的数据,并提供了比WMAP更精确的CMB地图。而不是在CMB寻找奇怪的不平衡,他们有系统地反过来。他们考虑了空间可能有一个首选方向的所有方式,以及这些方案可能如何将自己印在CMB上。然后他们在数据中搜索这些具体的标志。

例如,空间可能沿着不同的轴以不同的速度扩展。这种不同的扩展会导致来自某些方向的辐射延伸到比其他方向更长的波长,并且结果将成为CMB中的一个大的牛眼图。或者,空间可能围绕一个特定的轴旋转,这将在CMB中形成螺旋模式。最后,新生的宇宙本来可能因空间本身的扭曲而引起激动,称为引力波,它会将整个宇宙在一个方向上拉伸并沿垂直方向压缩。这样的动作会在CMB中留下更复杂的螺旋。总之,研究人员在CMB中确定了五种潜在模式或“模式”,这些模式或模式将表明空间中的某种特殊方向。

使用超级计算机, Saadeh,Pontzen和他的同事们发现,任何这种模式都隐藏在CMB温度随机变化的背后,这与在老式电视屏幕上通过极端静电挑选出一张薄弱的图像是一样的。为了让他们的研究更加便利,他们还寻找了中巴微波的两极分化模式,普朗克也绘制了这种模式。 Saadeh说,对于五种模式中的三种,“极化数据是杀手级的东西”。

其他人对宇宙正在旋转的迹象进行了类似的测试,但是Saadeh,Pontzen和同事们将这种信号的极限提高了一个数量级。他们还对所有其他类型的各向异性进行了限制,正如他们在号物理评论通讯上发表的一篇论文中所报告的那样。 “第一次,我们真的排除了各向异性,”Saadeh说。 “之前,只是它没有被调查过。”

但这种进步有多重要? Challinor说,这很难判断,因为没有任何可以预测宇宙学应该成为怎样的标准宇宙学模型的替代品。 “问题是,你把它比作什么?”他问。不过,他指出,“这个假设是基本的宇宙论”,所以“检查是非常重要的。”

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