宇宙,一个我们所理解的广阔且不断膨胀的实体,遵循着历经几个世纪精心完善的物理定律。然而,越来越多的证据表明,我们当前的宇宙学模型可能是不完整的,甚至可能存在根本性的缺陷。这一切的核心,是一个被称为哈勃张力的持续性差异——不同方法测量的宇宙膨胀速率之间的不一致。虽然对附近星系和超新星的观测表明,宇宙的膨胀速度快于宇宙微波背景 (CMB) 预测的速度,但一个潜在的解决方案,而且是一个相当大胆的解决方案,正在逐渐受到关注:我们可能居住在一个巨大的宇宙空洞之中。
这不仅仅是一个理论上的研究。宇宙空洞的概念并非新鲜事物。这些是广阔的、相对空旷的区域,空间中星系稀少,作为气泡存在于更大的宇宙网中。例如,牧夫座空洞就是一个广为人知的,虽然相对较小的这种结构的例子。然而,目前正在获得关注的假设,建议存在一个真正巨大的空洞——可能跨越数十亿光年——而且,至关重要的是,地球和我们的银河系位于其附近。如果属实,这将对我们理解宇宙的膨胀及其最终命运产生深远的影响。
这种假设背后的推理源于引力在空洞内的运作方式。密度较低的区域会产生较小的引力。因此,对于位于空洞内部的观测者来说,空洞内的空间膨胀看起来会更快,相比之下,对于位于密度较高的区域的观测者来说则不是如此。这就可以巧妙地解释哈勃张力:我们本地的测量,从空洞内部取得,将显示比从CMB(代表更全局的平均值)得出的测量值更快的膨胀速率。最近的研究分析了来自大爆炸的声波,为这个想法提供了依据,表明这些声波与大空洞内的预期特征相符。具体而言,研究表明,KBC超空洞,一个跨越约20亿光年的区域,是可能成为我们宇宙家园的候选者。为了使该假设成立,该空洞的半径约为10亿光年,并且其密度约为宇宙平均值的20%以下。
这一发现的影响远远超出了仅仅解决哈勃张力的问题。我们对宇宙结构的感知,从根本上受到我们视角的塑造。例如,如果银河系位于牧夫座空洞内,那么其他星系的发现就会被大大推迟,可能直到20世纪60年代才会发生。这突出表明,在一个巨大的空洞中的独特位置,可能如何扭曲我们对宇宙的理解。此外,如此大空洞的存在,挑战了宇宙学的标准模型,该模型预测物质分布更加均匀。大力神-北冕座长城(Hercules-Corona Borealis Great Wall)的发现,一个比以前想象的还要巨大的结构,进一步使情况复杂化,表明宇宙的大尺度结构可能比我们假设的更加复杂,也更不均匀。对于空旷空间的本质,以及真空中固有的能量,科学家们也在重新审视,因为他们正在努力解决这些差异。
然而,必须承认,这仍然是一个假设,尽管是一个引人注目的假设。空洞影响我们测量的想法并非没有批评者,需要进一步的研究来验证这些说法。确定潜在空洞的确切大小和密度,以及准确绘制空洞内外的星系分布图,将至关重要。此外,对哈勃张力的其他解释,例如修改我们对暗能量的理解或引入新粒子,仍在继续探索中。探索宇宙的奥秘是一个持续不断的过程,而我们可能位于一个巨大的空洞中的可能性,有力地提醒我们,我们目前的知识是有限的,并且有可能进行开创性的发现,这些发现可以重塑我们对宇宙的理解。对这些“宇宙虚无”的探索,最终可能会成为解开宇宙最深层秘密的关键。
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