宇宙可能很“薄”

淮曼

2020年7月，天文学家发现，宇宙看起来有些“异常”，星系、气体和其它物质并没有像它们应该有的样子聚集在一起——宇宙比我们之前认识的要稀薄。这瞬间成了宇宙学家最热衷讨论的话题之一。

稀薄的宇宙

研究现代宇宙的困难之处在于它几乎是不可见的。天文学家根据观测到的发光星团等，描绘出了我們现在所认识的这个宇宙。除去这些发光物体之外，宇宙中存在的其他的、大量的“暗淡气体”（例如暗物质、气体云等），天文学家们到目前都依然无法感知它们。

更糟糕的是，大多数人认为，宇宙的大部分正是由这些“暗淡气体”所构成，它们是整个宇宙的大框架，我们所看到的星系、星云等都只是挂在这个框架上的装饰物。

2020年7月的这次测量采用的是迄今为止最精确的方法，非常适用于揭示看不见的东西。当来自遥远星系的光到达地球时，它会穿过暗物质和暗淡的气体云。这些“厚点”在引力的作用下会拉动光线，使它们的路径发生扭曲。当遥远星系的光线到达我们地面的望远镜时，它已经被扭曲了——可能被挤压成夸张的椭圆形。于是，通过测量大量遥远星系的形状畸变，天文学家们尝试绘制出了宇宙中那些看不见的暗淡物质。

在这次测量中，测量人员在距离最远100亿光年的范围内观测到了约3100万个星系。然后，他们使用这些观测值来计算宇宙中暗物质和隐匿的气体的平均分布。他们发现的宇宙“团块”比目前已建立的宇宙模型预测的要薄近10%。

另一个独立的测量结果也支持了“现代宇宙比原先认识的薄”的这个发现。在该项测量中，研究人员通过观察星系在宇宙中的漂移，绘制了一张关于宇宙隐秘物质的图。在这张图中，现代宇宙中的团块几乎与最近测量发现的团块一样，都比原来认识的要少、要薄。

此外，在过去8年中，至少有12项测量都发现（这些测量使用的都是不同的技术），当今的宇宙比想象中的要薄。这使得一些宇宙学家越来越怀疑宇宙是否真的很薄，毕竟，当我们开始在大量不同的数据集中看到相同的东西时，我们通常会认为这确实是在告诉我们一些事情。

如何与宇宙模型吻合？

为什么宇宙的实际观测结果比理论预测的要薄呢？

首先，宇宙学的标准模型是一个为了适合观察和解释宇宙而制作出来的模型，因此，为了使模型与新观察到的宇宙现象不断吻合，宇宙学家就不断对这个模型进行增删改造。例如，为了说明宇宙为什么以如此快的速度膨胀，一些理论家曾尝试在早期的宇宙中增加“暗辐射”。但是，增加了暗辐射，则必须用额外的物质来进行平衡，而增加了物质，这会使宇宙变“厚”。

而现在，新的测量结果发现，宇宙竟然没有标准模型所描述的那样厚。为了解释宇宙为什么是最近测量到的这样，宇宙学家又开始忙乎起来，他们必须创造新的解释，再次修订宇宙标准模型，使之符合新的观测结果。

有宇宙学家猜测，宇宙中一些暗物质转化成了暗能量，从而使宇宙快速膨胀开来，所以宇宙变薄了。或者，地球刚好处在宇宙一个巨大的空隙中，我们观察到的都是歪曲后的结果。再或者，这两个反常现象可能没有任何关系。

当然，观测结果与宇宙模型之间的矛盾仍然可以通过更多的数据资料得到消除。目前，对宇宙越来越精密的测量正在进行。其中，智利国际暗能量测量项目覆盖的天空面积是2020年7月这次测量项目的5倍，它的测量结果很可能会改变我们对宇宙的一些看法。显然，很多人都在等待它，这将是宇宙学的下一件大事。

但是，必须注意到，在数十亿光年的距离内，星系仅表现为像素，使分析它们的形状变得复杂。研究人员还需要知道每个星系有多远，他们对这些距离带来的不确定性的处理，都会给我们对宇宙的理解带来深远的影响。