一個不均勻宇宙的模型，徹底顛覆了我們的宇宙觀。
今天的宇宙有點(diǎn)像一部鬼片。星系以奇怪的方式旋轉(zhuǎn)，里面一群群的恒星在太空中疾走時，好像被一種神秘的未知力量支配著。另外，整個空間在膨脹著，但是膨脹速率正變得越來越快，好像是被一種難以察覺的能量驅(qū)動著。
宇宙學(xué)家并不迷信，所以他們發(fā)明了其他的稱呼來替代這些幽靈，即暗流、暗物質(zhì)和暗能量等等，而且他們費(fèi)了很大的力氣來證明它們是存在的。但是，如果他們探求的只是一場幻覺，也就是說暗物質(zhì)或暗能量等等可能是不存在的，那他們會不會感到很崩潰？一些學(xué)者認(rèn)為這很有可能，他們認(rèn)為現(xiàn)在研究宇宙學(xué)所使用的標(biāo)準(zhǔn)模型過于簡單了，所以只要修正這種模型，我們就可以驅(qū)逐這些不請自來的幽靈。
宇宙被假設(shè)為均勻的
今天的宇宙學(xué)模型有個基本假設(shè)：宇宙是均勻的，也就是說在各個地方的模樣差不多都是一樣的,朝各個方向上看也差不多都是一樣的。其實(shí)在我們所能觀測到的范圍里，宇宙并不是均勻的，天體的分布在一定的尺度上遵循著等級制度：衛(wèi)星繞著行星轉(zhuǎn)；行星繞著恒星轉(zhuǎn)；恒星又組成星系，繞著中心的黑洞轉(zhuǎn)；星系組成星系團(tuán)……星系團(tuán)又聚集在一起構(gòu)成絲狀結(jié)構(gòu)，分布在如氣泡樣子的巨洞邊緣上，這些巨洞的質(zhì)量密度大約只有星系團(tuán)的十分之一，不過它大約占了宇宙體積的60%。
之所以許多宇宙學(xué)家仍把宇宙看成是均勻的，是因?yàn)槿绻麖母蟮姆秶凑麄€宇宙的話（大約在超過4億光年的尺度時），宇宙所有的結(jié)構(gòu)，不管是星系團(tuán)還是巨洞，都混為了一體，宇宙就變得均勻了。就像我們在山坡上行走一樣，坡上坑坑洼洼、有灌木石塊，有的地方陡，有的地方平緩。但在十幾里之外看這個山坡，它就幾乎是一條平整的斜線。
但問題是，我們并沒有這種能力來直接鳥瞰4億光年尺度下的宇宙，我們所能觀測到的宇宙根本不是均勻的。把這么復(fù)雜的宇宙看成是均勻的，就會對觀測結(jié)果產(chǎn)生誤解，這種誤解又會使我們對宇宙的整體認(rèn)識發(fā)生進(jìn)一步偏離。
假設(shè)帶來錯覺
宇宙微波背景輻射產(chǎn)生于宇宙大爆炸之后大約38萬年，那時宇宙第一次變得透明，光子可以自由地向宇宙各個方向傳播。不過，隨著宇宙自身的膨脹，這些光子的波長逐漸被拉長了（如同氣球表面所畫的一條波浪線，氣球吹脹的同時這條波浪線的波長也變得越來越長）。到了現(xiàn)在，這些光波被拉長到微波的波段（大約為2毫米），并彌漫在整個宇宙中，這就是宇宙微波背景輻射。在一個均勻的宇宙之中，宇宙的膨脹速率在各個地方都是一樣的，這樣宇宙微波背景輻射在各個方向上的溫度應(yīng)該都是一樣的。
但是事實(shí)情況卻不是這樣，它看起來一邊的輻射溫度比另一邊的更高。這是為什么呢？這一般被認(rèn)為是多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的。根據(jù)多普勒效應(yīng)，在我們運(yùn)動前方的背景輻射稍稍熱些，后方的背景輻射稍稍冷些，因?yàn)槲覀兪恰坝^”闖入前方的輻射和退離后方的輻射。因此，宇宙微波背景輻射溫度的不均勻，就意味著我們的銀河系、本星系群和本超星系團(tuán)以及我們所在宇宙部分中的其他星系團(tuán)，都在川流不息地朝著某個方向運(yùn)動。如果扣除這種多普勒效應(yīng)，宇宙微波背景輻射溫度的不均勻性就被抹掉了，宇宙就變得均勻了。
那么我們朝著哪里運(yùn)動呢？答案是在距銀河系約2億光年，位于長蛇-半人馬座超星系團(tuán)的巨引源。它被認(rèn)為是一個引力異常處，一個相當(dāng)于數(shù)萬星系質(zhì)量的引力中心。因?yàn)檫@里的可見天體的質(zhì)量只占據(jù)物質(zhì)總質(zhì)量的1/10左右，所以科學(xué)家猜測其他物質(zhì)應(yīng)該是暗物質(zhì)。
不均勻宇宙才是合理的
但是，來自新西蘭坎特伯雷大學(xué)的宇宙學(xué)家大衛(wèi)·威爾特希爾對星系團(tuán)在宇宙中朝同一個方向飛馳的觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。他認(rèn)為，本星系群根本沒有移動。之所以我們會認(rèn)為它在移動，是因?yàn)槲覀儗τ钪鎸W(xué)原理的理解有偏差。他認(rèn)為，首先要承認(rèn)我們所觀測到的宇宙是不均勻的，然后我們就應(yīng)考慮一個不均勻的宇宙會產(chǎn)生哪些效應(yīng)。
威爾特希爾分析道，是因?yàn)槟莻€巨引源的引力減緩了宇宙的膨脹，所以才給了我們一種本星系群向著巨引源運(yùn)動的假象。因此，我們所觀測到的宇宙背景輻射的溫差，并不是我們運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)引起的，而是一個不均勻宇宙帶來的多普勒效應(yīng)。
因此可以說，我們的銀河系乃至整個本星系群向著巨引源運(yùn)動是一種假象，是基于我們對宇宙模型的誤解所形成的錯誤判斷。這種錯誤判斷讓我們不斷懷疑宇宙中是不是應(yīng)該存在無法檢測到的幽靈。其實(shí)宇宙原本是正常的，科學(xué)家們反而多疑了。下面就是科學(xué)家多疑的一個例子。
沒有什么暗流
2008年，美國宇航局的科學(xué)家亞歷山大·卡什林斯基和他的同事研究了700多個星系團(tuán)，同樣是根據(jù)宇宙微波背景的溫差，發(fā)現(xiàn)這些星系團(tuán)以1000千米/秒的速度流向半人馬座和船帆座之間的一小塊天空。當(dāng)時，他們用所謂的“暗流”來解釋這種現(xiàn)象。暗流的異常流動現(xiàn)象很難用常理解釋，因?yàn)楦鶕?jù)目前的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，宇宙大爆炸后，物質(zhì)是均勻擴(kuò)散的。因此，對于這種異常現(xiàn)象只能用宇宙外力量來解釋，即牽引這種物質(zhì)流的力量來自可見宇宙之外。可見宇宙之外可能存在著一個更大的宇宙結(jié)構(gòu)。
一種叫做“膨脹論”的理論提出假設(shè)：人類所看到的宇宙不過是時空中的一個小氣泡，該氣泡在宇宙大爆炸之后迅速膨脹開來。在這個氣泡之外，仍然有可能存在我們不能看到的其他宇宙區(qū)域。在這些區(qū)域里，時空可能大不相同，其中可能不包含恒星和星系，因?yàn)楹阈呛托窍抵挥型ㄟ^氣泡中具有獨(dú)特密度模式的物質(zhì)才能夠形成。這種時空中可能含有大質(zhì)量的巨型構(gòu)造，比人類可見的宇宙中的任何構(gòu)造都要大得多。研究人員認(rèn)為，這些巨型構(gòu)造在牽引著星系團(tuán)運(yùn)動，產(chǎn)生了暗流。
但實(shí)際上，沒有什么暗流，更沒有什么其他宇宙區(qū)域，因?yàn)楦揪蜎]有什么星系團(tuán)的移動，跟巨引源一樣，在那么多星系團(tuán)中檢測到宇宙微波背景的溫差，源于宇宙本身的不均勻性，是這一區(qū)域膨脹速率不同而引起的。
干掉暗能量
如果我們就基于觀測到的不均勻宇宙來思考問題，那么整個宇宙學(xué)的研究恐怕要完全改寫了，比如這十幾年來最熱門的暗能量恐怕就是一場幻覺。上個世紀(jì)90年代后期，兩組互相獨(dú)立的天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹。所以暗能量這個概念被提出來了，認(rèn)為暗能量起到反引力的作用，使得宇宙加速膨脹。但如今，法國里昂大學(xué)的宇宙學(xué)家托馬斯·布赫特宣稱，暗能量根本就不存在。他認(rèn)為，我們要正視宇宙在局部的不均勻性，而不是總以宇宙整體的均勻性來看待問題。既然宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)是由星系團(tuán)和巨洞組成的，那么宇宙在各個方向膨脹的速率不再是都一樣的了。如同威爾特希爾所研究的一樣，在巨洞這里的空間膨脹速率更快，而在星系團(tuán)那里，會拖慢宇宙膨脹速度。
其中至關(guān)重要的是，隨著宇宙年齡的增長，引力會使得更多的物質(zhì)會聚到一起，形成更大的星系和星系團(tuán)；同時，星系團(tuán)之間的巨洞也會越來越空。這樣，宇宙將會越來越不均勻，在星系成團(tuán)處膨脹速率越來越慢，在巨洞處膨脹的速率會越來越快。這種加速的效果就被看成了神秘的暗能量加速的結(jié)果，但事實(shí)上暗能量是不存在的。
時間流逝也不同速
另外，一個不均勻的、凹凸不平的宇宙會明顯不同于我們之前所認(rèn)知的宇宙。根據(jù)愛因斯坦的理論，時間和空間是緊密聯(lián)系的一個整體，所以如果空間在不同的地方具有不同的膨脹速率的話，那么各個地方的時鐘走動的速率也是不同的。這就意味著，宇宙的年齡——這個宇宙最為基本的性質(zhì)——在空間各處并不是一樣的。在星系團(tuán)中測量會得到一個結(jié)果，在巨洞中測量會得到另一個結(jié)果。
其實(shí)，威爾特希爾在之前的研究中，就利用所謂的“時間景觀”這種理論探討了這種可能。根據(jù)他的研究發(fā)現(xiàn)，在宇宙的物質(zhì)密度低的地方，測得的宇宙年齡可能會達(dá)到186億年，因?yàn)楦鶕?jù)相對論，密度低的地方意味著時鐘走的更快。而我們之前所估算的宇宙年齡只有138億年，是因?yàn)槲覀兲幵谖镔|(zhì)密度更高的星系團(tuán)中。
另外，我們之前認(rèn)為宇宙是平坦的。但是宇宙真是不均勻的話，那么我們對于宇宙最終的命運(yùn)就變得沒有把握了。因?yàn)檫@得看其他地方到底有多少物質(zhì)存在，所以說所有的可能——一個平坦的宇宙，一個永遠(yuǎn)膨脹下去的宇宙，或者一個會最終反過來坍縮回來的宇宙——都得重新考慮一番。美國費(fèi)城科學(xué)大學(xué)的保羅·哈爾彭說，“一旦你說宇宙的每個地方可能是不一樣的，你就等于打開了潘多拉魔盒。研究宇宙學(xué)會變得越來越復(fù)雜。”
