长久以来,物理学家们秉持着一个关于宇宙的经典假设:在极大尺度上,宇宙是均匀且各向同性的,即无论从哪个方向观察,宇宙都大致相同。这一观点构成了FLRW模型的基础,该模型由亚历山大·弗里德曼、乔治·勒梅特、霍华德·罗伯逊和亚瑟·杰弗里·沃克在20世纪20年代共同开发,并被广泛应用于解释几乎所有的宇宙学观测结果。然而,近期发表的三篇预印本论文却提出了不同声音,越来越多的证据显示,这一百年假设可能即将被推翻。
伦敦玛丽女王大学的蒂莫西·克利夫顿与丹麦哥本哈根大学的阿斯塔·海涅森提出了一种新方法,旨在判断FLRW模型是否能准确描述我们的宇宙。他们利用超新星观测和物质密度波动构建了不同的宇宙距离公式组合,这些组合经过精心设计,若FLRW模型成立,则其结果应为零。因此,任何非零结果都暗示着需要新的模型来解释宇宙。此前虽有其他测试,但均未能明确指出FLRW模型的问题。
在随后的研究中,南丹麦大学的海涅森和索菲·玛丽·科克斯邦对现有宇宙学数据进行了这项新测试。这一过程充满挑战,他们首先需要解决如何从数据中提取相关距离测量值的问题,而不像过去那样直接假设FLRW模型。接着,他们采用了一种基于人工智能的方法——符号回归,来寻找符合这些距离测量值的公式。最终,他们得到了一个明显的非零结果,这表明FLRW模型确实存在缺陷。
海涅森对这一结果表示惊讶,因为它与之前的许多研究结果截然不同。克利夫顿则认为,这或许是首个证明FLRW理论不够完善的证据,为宇宙学开启了新的可能性。尽管新的结果具有启发性,但它们尚未达到宇宙学家确认一项发现所需的完整统计证据标准。因此,研究团队需要等待未来几年产生更多的天文数据来进一步验证。
宇宙学家长期以来一直对宇宙膨胀速率的差异感到困惑,这种差异体现在宇宙早期历史与当前行为之间的不匹配。近期的测量结果还表明,暗能量可能随时间变化,这进一步加剧了宇宙学的谜团。克利夫顿表示,这些基本谜团或许可以用一个不均匀、不具有均一性的宇宙来解释。他指出,这些测量结果只是平均值,因此不能期望它们在任何特定时间都成立。
荷兰莱顿大学的Subodh Patil对这一研究方法表示赞赏,认为研究人员问对了问题,但同时也提醒要保持谨慎,避免过度解读数据。关于宇宙的起源,主流科学理论认为它诞生于约138亿年前的一次大爆炸。从初始的高密度、高温度奇点状态,宇宙不断膨胀冷却,逐步形成了夸克、质子等基本粒子,进而组合成原子、分子,最终凝聚为星系与恒星。恒星内部的核反应产生了更重的元素,为行星及生命的出现提供了物质条件。
人类对宇宙的探索从未停歇。从早期的肉眼观测星空,到望远镜的发明揭开遥远星系的面纱,再到如今借助空间探测器、引力波探测器等先进设备深入探索宇宙深处,我们对宇宙的认知持续拓展。然而,宇宙中仍存在诸多未解之谜,如暗物质与暗能量的本质、黑洞内部的物理规律、地外生命是否存在等。这些问题将继续推动着人类不断向未知的宇宙领域迈进。











