关于宇宙的最新假设：我们身处一个直径2.5亿光年的巨大“气泡”中

一个难题已经困扰了科学界十年：宇宙以什么速度膨胀?

到目前为止，至少有两种独立的计算方法得出了两个相差约10%的值，其偏差在统计上是不可调和的。

近日，一项发表在《物理快报B》(Physics Letters B)杂志上的新方法在没有使用任何“新物理”的情况下消除了这种差异。

一位来自日内瓦大学(UNIGE)的理论物理学家提出假设称，地球、太阳系、整个银河系，以及离我们最近的几千个星系，都在一个直径为2.5亿光年的巨大“气泡”中运动，其中物质的平均密度是宇宙其他部分的一半。

自从138亿年前大爆炸以来，宇宙就一直在膨胀。大爆炸是由比利时教士和物理学家乔治·勒梅特(Georges Lemaitre, 1894-1966)首先提出的一个命题，是由埃德温·哈勃(Edwin Hubble, 1889-1953)首次证明的。

美国天文学家在1929年发现，每个星系都在离我们越来越远，距离最远的星系移动速度最快。

这表明在过去有一段时间，所有的星系都位于同一地点，这个时间只能与大爆炸相对应。

这项研究产生了哈勃-勒梅特定律，包括哈勃常数(H0)，它表示宇宙的膨胀率。

目前对H0的最佳估计是70 (km/s)/Mpc(这意味着宇宙每326万光年以每秒70公里的速度扩张)。

问题是有两种相互矛盾的计算方法。

第一种是基于宇宙微波背景辐射:这是一种来自四面八方的微波辐射，在宇宙变冷到足以让光自由流通的时候发射出来(大爆炸后约37万年)。

利用普朗克空间任务提供的精确数据，并考虑到宇宙是均匀和各向同性的事实，用爱因斯坦的广义相对论计算H0的值为67.4。

第二种计算方法是基于偶尔出现在遥远星系中的超新星。这些非常明亮的事件为观测者提供了高度精确的距离，这种方法使得确定H0为74的值成为可能。

UNIGE科学院理论物理系的教授Lucas Lombriser解释道:“这两个值在多年的时间里变得越来越精确，但同时又保持着一定的差异。没多久就引发了一场科学上的争论，甚至唤起了我们可能正在研究一种‘新物理学’的激动人心的希望。”

为了缩小这一差距，Lombriser教授提出了一个观点，即宇宙并不像以前科学家们所声称的那样是均匀的，这个假设在相对较小的范围内似乎是显而易见的。

毫无疑问，物质在星系内的分布与在星系外不同。然而，很难想象以比星系大几千倍的体积计算的物质平均密度的波动。

“哈勃气泡”

“如果我们处在一个巨大的‘气泡’中，”Lombriser教授继续说，“物质的密度比整个宇宙的已知密度要低得多，这将对超新星的距离产生影响，并最终决定H0。”

所有这一切都将需要这个“哈勃气泡”足够大，包括作为测量距离参考的星系。

通过建立一个直径为2.5亿光年的气泡模型，物理学家计算出，如果内部物质的密度比宇宙其他部分的密度低50%，那么哈勃常数就会得到一个新的值，这个值与用宇宙微波背景得到的值一致。

Lombriser教授说，“在这个范围内出现这种波动的概率是1 / 20到1 / 5，这意味着不是理论家的幻想。在浩瀚的宇宙中，有很多地方和我们一样。”

“百家争鸣”的宇宙理论

关于宇宙如何诞生，目前存在许多不同的理论试图解释它。

此前，发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇论文认为，就像海浪浪尖上的一点泡沫，我们可观测到的宇宙可能不过是一个不断膨胀到更高维度的气泡边缘上的一片碎片。

这种理论试图将弦理论的数学与暗能量的现实调和起来。许多弦理论的假象宇宙都缺乏暗能量的存在。

这篇论文的作者之一、瑞典乌普萨拉大学(Uppsala University)的理论物理学家Ulf Danielsson表示，目前为止在弦理论中提出的用来描述暗能量的模型存在数学问题。

Danielsson说，基本的问题是，控制弦理论的方程表明，任何具有我们这种暗能量的宇宙都应该迅速衰减并消失。

他和他的同事们建立了一个模型，在这个模型中，导致这些暗能量渗透的宇宙衰变的过程，实际上推动了从多个维度产生的气泡的膨胀。

我们生活在这些不断膨胀的气泡的边界内，“暗能量……通过我们所生活的气泡壁与更高维度之间的相互作用，以一种微妙的方式被诱发出来，”Danielsson在一篇描述新理论的博客文章中写道。

根据Danielsson的观点，宇宙诞生时的大爆炸变成了泡沫开始膨胀的时刻。我们宇宙中的粒子只是延伸到额外维度的弦的端点。

但其他研究人员并不买账。德国法兰克福高等研究所的物理学家Sabine Hossenfelder表示:“这是一个没有任何实验证据支持的数学虚构。”

“弦理论家们提出了似乎无穷无尽的数学结构，它们与观测没有已知的关系。” Hossenfelder说。

参考文献：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200320192753.htm

https://www.livescience.com/64417-universe-sits-on-extradimensional-bubble.html