宇宙的形狀，并不是我們常去思考的事。但我和同事最新發表的研究顯示，它可能是不對稱的、偏向一側的——也就是說，在各個方向上并不相同，這與教科書里的默認圖像大相徑庭。
我們是否該在意這一點？當今的“標準宇宙學模型”——描述整個宇宙動力學與結構的理論——完全建立在“各向同性”（各方向看起來相同）與大規模上“均勻”的假設之上，缺一則動搖根基。
然而，若干被稱為“張力”（數據之間的分歧）的現象，正對這個均勻宇宙的設想發起挑戰。我們剛發表的論文，審視了其中最重要的一項——宇宙偶極異常，它關乎整個理論的成敗。
我們由此得出結論：宇宙偶極異常，對最受廣泛接受的宇宙描述、即標準宇宙學模型（又稱Lambda-CDM模型）構成了嚴重挑戰，甚至可能要改寫宇宙學的底層邏輯。
要理解它，先從宇宙微波背景（CMB）說起——那是大爆炸遺留的輻射，在十萬分之一的精度上均勻分布于全天。宇宙學家據此用愛因斯坦廣義相對論中“最大對稱”的時空描述來建模。
這種“處處相同、各方向一致”的對稱圖景稱為“FLRW描述”，它極大簡化了愛因斯坦方程的求解，也是Lambda-CDM模型的理論基礎，幾乎是現代宇宙學的支柱。
不過，還存在若干重要的異常，包括廣受爭議的“哈勃張力”——以1929年發現宇宙膨脹的埃德溫·哈勃命名。該張力源于不同數據集對宇宙膨脹率的測量彼此無法吻合，至今無解。
宇宙偶極異常雖比哈勃張力受到的關注少，卻對我們的宇宙理解更為根本。CMB在大的尺度上是對稱的，但其中仍存在變化，最顯著的是“CMB偶極各向異性”：天空一側比另一側熱約千分之一，通常歸因于太陽系的運動。
1984年，喬治·埃利斯（George Ellis）與約翰·鮑德溫（John Baldwin）提出：在遙遠天體（如射電星系與類星體）的天區分布中，是否也存在類似的“偶極各向異性”？這些源必須足夠遠，以免鄰近源造成虛假的“聚集偶極”。
若“對稱宇宙”FLRW假設正確，那么遙遠天體中的這種變化，應直接由CMB中觀測到的變化所決定——這便是著名的“埃利斯-鮑德溫檢驗”。二者一致則支持標準模型，相悖則直接挑戰它乃至FLRW描述。
結果出人意料：宇宙未能通過埃利斯-鮑德溫檢驗。物質的變異與CMB并不匹配。由于望遠鏡、衛星及不同波段的可能誤差來源大相徑庭，地面射電望遠鏡與中紅外波段衛星得出相同結果，令人安心。
因此，宇宙偶極異常已成為對標準宇宙學模型的重大挑戰，即便天文界大體選擇忽視它。這或許因為問題難以修補：它要求放棄的不僅是Lambda-CDM，更是FLRW描述本身，回到原點。
這一局面也暴露出，當前宇宙學對“對稱性”的偏愛，可能掩蓋了真實宇宙更為復雜的幾何結構，值得整個領域重新審視其前提假設，而非一味維護舊框架。
然而，歐幾里得（Euclid）、SPHEREx等新衛星，以及維拉·魯賓天文臺、平方公里陣列等望遠鏡，預計將帶來海量數據。借助機器學習這一AI分支，我們或不久便能獲得構建新宇宙模型的大膽洞見。
若真如此，其對基礎物理與我們對宇宙認知的沖擊將極為深遠——畢竟，我們對宇宙最基本形狀的理解，可能從根上就需要改寫，這將是一次范式級的變革。
原文來源：ScienceDaily | 原始鏈接
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