摘要:这次,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)又给宇宙学抛出了一个大难题。看似简单的观测,实则冲击了人类对宇宙起源的基本认知:宇宙深处的旋转星系,大多数居然是朝着同一个方向旋转的。
这次,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)又给宇宙学抛出了一个大难题。看似简单的观测,实则冲击了人类对宇宙起源的基本认知:宇宙深处的旋转星系,大多数居然是朝着同一个方向旋转的。
按照常理,宇宙是无偏无倚的,星系的旋转方向应该是随机的,顺时针和逆时针应该各占一半。然而,事实并非如此。在JWST的JADES深空巡天数据中,科学家明确能分辨旋转方向的263个星系里,三分之二是顺时针旋转的,逆时针旋转的只占三分之一。这不是统计误差,而是清晰可见的事实。甚至不需要高深的天文学知识,光凭肉眼看图,就能发现旋转方向不均衡。
01
如果宇宙是随机的,旋转方向就不该存在偏差。可如果偏差是客观存在的,那就意味着,宇宙可能一开始就带有某种宏观旋转。这就和我们熟悉的标准宇宙模型不符了。宇宙大爆炸的假设从未涉及过“宇宙整体在旋转”这个概念,而现在的观测结果,正是这个概念的有力证据。
一种可能的解释是黑洞宇宙论。简单来说,这个理论认为,我们的整个宇宙就是一个超大质量黑洞的内部。如果这个黑洞在形成时本身就有旋转特性,那么宇宙整体的角动量就不是零,而是有一个方向性。这可以解释星系旋转的不对称性,但如果成立,现有的宇宙学理论就需要推倒重来。
如果这还不够震撼,还有另一个解释。地球也在旋转,而光的多普勒效应可能在捣乱。
多普勒效应的原理很简单,光源向观测者靠近时,光的波长变短,看上去更亮;远离时,波长变长,看上去更暗。地球围绕银河系中心旋转,意味着从我们的视角看,某些方向上的星系正朝着我们旋转,而另一些则远离我们。这可能导致JWST对那些“逆银河系旋转”的星系测量得更清晰,而那些顺着银河系旋转的星系光线则被拉长,导致它们在观测数据中被低估或忽略。
这意味着我们可能误解了宇宙的真实距离。天文学家测量宇宙距离,依赖的是红移现象——光被宇宙膨胀拉长的程度。但如果银河系的旋转对测量产生了额外影响,所有基于红移的测距方法可能都需要重新校准。更可怕的是,宇宙膨胀速度的计算也会受到影响。而这正是近年来宇宙学最大的问题之一——哈勃常数之争。
不同的方法测得的宇宙膨胀速率不一致,导致“哈勃张力”问题迟迟无法解决。JWST的新发现如果证明旋转星系的偏差确实是多普勒效应造成的,那么可能会给这个问题提供新的解答:我们测量的宇宙膨胀速度,可能一直被银河系自身的运动干扰了。
还有一个更荒谬的问题——宇宙年龄可能算错了。按照现有的测量方法,某些遥远星系的年龄甚至比大爆炸还大,这显然是不可能的。科学家一直试图用各种假设来解释这一点,比如认为早期宇宙膨胀速度更快,或者宇宙学常数需要调整。但如果我们的测距方法本身就有问题,所有这些解释都可能是南辕北辙。
现在的问题是,该怎么办?如果宇宙从一开始就有旋转,意味着标准宇宙学模型可能需要调整,甚至推翻。黑洞宇宙论等边缘理论可能会被重新审视,宇宙整体角动量的概念可能需要纳入计算。
如果是银河系的旋转影响了观测,那么所有基于红移的测距方法都要重新校准,宇宙膨胀速率、星系年龄、暗能量的计算可能全都要调整。这甚至会影响我们对未来宇宙命运的预测,比如宇宙到底是会无限膨胀,还是会最终回缩。
不管是哪种情况,这个问题都不会轻易被搁置。JWST提供的只是第一批数据,目前仅有263个星系被分析。未来,如果样本数扩大到数千甚至上万,结果依然维持这样的不均衡,那就是铁一般的事实。届时,不管是旋转宇宙论,还是测量误差假说,都会变成无法回避的宇宙学大讨论。
这不是小修小补的问题,而是一次根本性的挑战。更关键的是,JWST的灵敏度远超哈勃,意味着它的发现不会停留在这里。
三年前,JWST刚刚升空时,科学界普遍认为它会帮我们填补宇宙学的一些空白。没人想到,它会接连不断地颠覆我们以为已经理解的东西。早期宇宙的大质量星系,已经比理论预测要成熟得多;红移测量的膨胀速率,已经和以前的观测不符;现在,连旋转星系的方向都不均衡了。
一切的一切,指向一个事实——人类对宇宙的认知,远没有想象中那么完整。
在过去的几十年里,我们建立的标准宇宙学模型,可能只是一个近似解,一个局部有效的近似解。而JWST正在用冷冰冰的数据提醒我们,我们对宇宙的理解,还远远不够。
来源:老胡科学