外星人的宇宙,或许和我们不一样?我们对宇宙的认知可能要被颠覆

《天文学与天体物理学》杂志上有一项最新研究可能改变我们对宇宙的认识,或许外星人有跟我们不一样的“天空”。

生活在小山沟沟中的人类,何以揣测大城市的天空?

宇宙一直在膨胀,目前根据哈勃常数可直观宇宙为930亿光年,而银河系星盘的直径约为20万光年,然后我们的太阳系在银河系钟就下图那么一点点。

目前我们走的最远的是旅行者一号是1977年9月5日发射的,刚刚走到太阳系的最外层,然而人类可能很长一段时间内都会被锁死在银河系中,因为以目前的科技水平想达到摆脱银河系引力的速度,还有很长的路要走,可能要达到能够利用星系能量的宇宙二级文明,目前为0.7级,我们连可控核聚变都尚未掌握。

那我们是如何认知宇宙?外星人所在的宇宙的物理性质和宇宙的空间的样子和我们一样吗?

各向同性

人类认知升级

现在天文学家对宇宙的观点是各向同性,也就是“外国的月亮和中国一样圆”。宇宙如此宽广,对于宇宙的研究,我们主要靠观测和计算。早期人类主观意识强,技术水平比较弱,经历了地心说,日心说,当牛顿的万有引力出现,人类当时认为当时科学已经登峰造极,可以解决上天入地的问题,其中万有引力就是描绘整个宇宙的,连接天体的工具,当时对宇宙的认识是,宇宙是无限大的。

标准宇宙模型的诞生

随着《广义相对论》的出现,我们有了描绘宇宙的方程,结合哈勃发现周围星系都在退行远去,于是场方程有了一个宇宙膨胀的哈勃系数,在这样查缺补漏的情况下,我们终于对宇宙有了一个整体的认识,宇宙并非无限大的,它有边界,并一直在膨胀。

这个气球一直在增大,说明它是有年龄的,那么它的原始状态是什么?神父勒梅特第一个提出了大爆炸的学说,随着后来一系列科学家的加入,宇宙大爆炸理论应运而生。后来科学家们又发现了宇宙各处都充满了大爆炸的余波——宇宙背景辐射,进一步论证了该理论。

(宇宙微波背景辐射)

宇宙大爆炸

宇宙大爆炸是一个包罗万象的理论,描绘出了宇宙的框架以及宇宙的尺度,它始于一个奇点(无限致密的点)。

1)在大爆炸发生之前的时间内,以奇点为中心的所在区域宇宙开始膨胀。

2)然后形成宇宙结构形成所需的波动。

3)膨胀结束了,热爆炸发生,产生了充满物质和辐射的宇宙。

4)均匀的物质遍布宇宙,相互吸引,宇宙逐渐冷却,膨胀继续。

5)随着时间的流逝,宇宙自由的发展,于是便有了今天所观察到的广阔的宇宙结构,然后继续膨胀。

一般来说宇宙大爆炸的图片都是上面那样的,是为了解释宇宙物质产生的过程和时间,然而实际上是下图这样的,就如同从一个点为中心像吹了一个圆形的气球一样平均扩张。

由此可知:在宇宙的尺度上,我们的位置并不特别,一切都是平等的。物理定律在宇宙各处具有普适性,包括所有的方向和位置,星系的聚集程度,宇宙膨胀速度和其他可测量的性质都是相同的。从更大的尺度上看,宇宙在任何地方看起来都是一样,即天体物理学家所说的“各向同性”。

各向异性

在2020年4月出版的《天文学与天体物理学》杂志上有一项新研究中:宇宙的膨胀率取决于我们观察的方向。如果这是真的,那就有意思了。这将颠覆我们目前所认识的宇宙,说明外星人所在的宇宙和我们的不一样。那这个理论的可信度有多高呢?

温度与光的相关性

这项新研究是通过对大量的X射线团簇(发射大量X射线的大型星系团)进行分析。

科学家先根据经验及观察,记录并计算了X射线光的发光度与X射线观察温度之间的相关性。于是就能确定这些星系团的温度。于是乎它们就根据观察绘制了下面这张图。

他们得出了一个结论:宇宙不同的方向上膨胀速率不同。从上图的深色的紫色区域和黑色区域膨胀率在69-65之间,而在之前我们所认为的各向同性测得的膨胀率为67.80±0.77。这样的结果如果精确,那么宇宙大爆炸理论,标准宇宙模型就要重新考虑了。

不过很快美国国家航空航天局钱德拉x射线天文台跳出来说,我们观察到的光和温度的关系与你们观察的关系似乎不太一样。我们不能以光作为温度的依据,物理上也解释不了它们的相关性,不能以该相关性作为依据。下图文钱德拉观察到的数据:

宇宙中的两个速度

通过X射线并非像星系的红移和蓝移可以确认星系的退行速度的那么简单。具体来说的话宇宙的天体相对我们来说都存在两个速度。从较小的尺度看,宇宙中存在引力和暗物质的作用,星系间会略有不同,从较大的尺度看,星系群都按照哈勃膨胀系数的比例,远离我们,星系的速度都源于这两个因素的叠加。

例如:上图所示,我们的附近宇宙中密度过高的区域(红色),引力和周围星系的推力及拉力产生的速度因素及方向都较多(线和箭头代表速度和方向)。然而,所有这些运动都嵌入在膨胀的空间结构中。因此,我们观测到和测量出的星系红移或蓝移是空间膨胀和远处被观测物体运动的组合。

质疑

实际上,光度和温度之间的确存在关系,但是查看的X射线簇具有不同质量,不同速度色散,不同重元素数量等,即使距离较远,相关性也会出现一定的偏差。例如下图数据就表明了不同的金属丰度会导致x射线光度与温度之间的相关性存在很大差异,说明这种相关性并不稳定。

宇宙在各个方向上的膨胀可能不尽相同,但要证明这一点,还需要更多的研究。这要求做到准确、全面和毫不含糊。一个糟糕的校准,一个未经测试或验证的假设,或任何数量的系统错误都可能得出各向异性这样的结论。

结论

这项研究尚有争议,还没有达到令人信服的水平。关于外星人的宇宙的观点还遵循原来各向同性的理论,暂时还和我们一样,以后是否还会一样只有等待科学家进一步研究,有生之年要能发现宇宙模型被颠覆了也是件趣事,虽然这个概率极低,不过科学就是一个不断颠覆、革新的过程。