在探索浩瀚宇宙的征途中,一個既令人不安又極具吸引力的假設始終縈繞在科學家心頭:我們所處的宇宙,是否如同銀河系中的星星,正圍繞著某個隱秘的中心緩緩旋轉?
長久以來,宇宙學一直建立在“宇宙學原理”的基石之上,這一原理斷言宇宙在大尺度上是均勻且各向同性的,既無中心也無特殊方向。從牛頓與馬赫關于絕對空間與相對運動的爭論,到愛因斯坦將相對性原理擴展至整個宇宙,從而建立廣義相對論,均勻且各向同性的宇宙模型已成為標準宇宙學模型的核心。

然而,近年來的一些深空觀測結果卻揭示了所謂的“宇宙異常”,迫使科學家們重新審視宇宙是否真在旋轉的可能性。宇宙微波背景輻射(CMB),這一來自宇宙大爆炸后僅38萬年的“嬰兒照”,成為了窺探宇宙整體性質的重要工具。
2016年,一個由英國曼徹斯特大學和匈牙利厄特沃什·羅蘭大學科學家組成的團隊在《自然》雜志子刊上發表了一項具有顛覆性的研究。他們分析了斯隆數字化巡天(SDSS)項目中超過20萬個巨大橢圓星系的自轉方向數據,發現了一個驚人的模式:在特定方向上的星系,其旋轉方向似乎存在統計上的“偏好”,這暗示著宇宙可能存在一種大尺度的旋轉各向異性。
更早之前,對CMB本身的精細測量也提供了一些線索。歐空局的普朗克衛星以前所未有的精度繪制了CMB全天圖,科學家們在這些看似隨機的漣漪中發現了一些難以用標準模型解釋的“異常”。例如,低階的四極矩和八極矩存在某種神秘的排列對齊,指向了天球上特定的方向,同時CMB的漲落強度在天空的不同半球也顯示出微妙的差異。

面對這些觀測數據的挑戰,理論物理學家們開始嘗試構建能夠容納宇宙旋轉或大尺度各向異性的新模型。早在1949年,邏輯學巨匠庫爾特·哥德爾就提出了一個允許宇宙整體旋轉的廣義相對論解,即哥德爾宇宙模型。然而,這個模型雖然允許時間旅行,但因旋轉特性與觀測不符而被視為數學奇觀。
當代物理學家則嘗試構建更符合觀測的模型,引入全局旋轉場或特殊的矢量場來解釋CMB多極矩的異常排列和半球不對稱性。這些模型認為,這些異常正是宇宙存在微弱整體旋轉或存在一個特殊軸(旋轉軸)的證據。即使是非常微小的整體旋轉,也可能在宇宙演化的漫長時間里對物質分布和光子的傳播產生可觀測的影響。

然而,宇宙旋轉的假說并未成為科學界的共識。主流觀點對觀測異常持謹慎態度,認為CMB的異常信號雖然存在,但其統計顯著性尚未達到物理發現的黃金標準。普朗克團隊在其最終數據發布中指出,這些異常可能是隨機漲落或未被完全理解的系統誤差造成的。
星系旋轉方向的研究結果也面臨挑戰。批評者認為,樣本選擇偏差、星系形成環境的局部影響等都可能產生類似關聯的虛假信號,未必指向全局旋轉。標準宇宙學模型(ΛCDM)在解釋宇宙大尺度結構、輕元素豐度、宇宙加速膨脹等眾多現象上取得了巨大成功,因此科學家們傾向于尋找在現有框架內解釋異常的方法。

盡管如此,隨著未來更精確的觀測項目的推進,如中國西藏阿里原初引力波探測計劃、下一代CMB觀測衛星LiteBIRD以及更大型的星系巡天項目,科學家們或許能夠揭開宇宙旋轉之謎。若這些觀測最終證實宇宙確實存在整體旋轉或一個特殊軸,那么宇宙學原理將受到根本性挑戰,現代宇宙學的根基或將動搖。這將開啟一個全新的物理窗口,指向超越標準模型的新物理領域。





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