宇宙的形状：可能是弯曲的，而不是平坦的吗？无论你的理论有多么优雅，实验数据将有最后的话语权。行星逆行的观测对哥白尼革命至关重要，太阳取代地球成为太阳系的中心。而水星的异常轨道则为广义相对论提供了壮观的验证。事实上，我们对宇宙的整体理解建立在观察到的意外异常之上。我们的最新论文发表在《自然天文学》上，得出一个可能会引发宇宙学危机的结论——如果得到证实。我们表明，与之前认为的平坦不同，宇宙的形状可能实际上是弯曲的，概率超过99%。在一个弯曲的宇宙中，无论向何方向前行，最终都会回到起点，就像在球体上一样。虽然宇宙具有包括时间在内的四个维度。这个结果是基于最近由普朗克卫星收集到的宇宙微波背景辐射的测量数据。根据爱因斯坦的广义相对论，质量会扭曲周围的空间和时间。因此，光线会像围绕大物体绕行一样，而不是沿直线前行——这种效应称为引力透镜。普朗克数据中存在更多的这种透镜效应，这意味着宇宙可能含有比我们想象中更多的暗物质——一种看不见的未知物质。在我们的研究中，我们表明封闭的宇宙可以提供对此效应的物理解释，因为它可以容纳比平坦宇宙更多的暗物质。这样的宇宙与广义相对论是完全一致的。虽然并非所有宇宙学家都相信宇宙是封闭的——之前的研究表明，宇宙确实是平坦的。如果一个球体宇宙是对透镜异常的解决方案，那么我们就必须处理一些重要的后果。首先，我们必须修订宇宙学的一个基本支柱——宇宙膨胀理论。膨胀描述了大爆炸后的最初时刻，预测了原始宇宙的指数级扩展期。如果宇宙是封闭的，标准膨胀理论将面临困难。这意味着我们失去了解释宇宙结构的标准解释。总之，这对宇宙学来说是一个真正的危机，就像我们在论文中所说的。因此，宇宙学家们持谨慎态度，许多人更愿意将结果归因于未来实验数据可用时将解决的统计偶然性。我们可能错了吗？当然可能我们最后发现是错的。但在我们看来，有一个主要原因使得这一异常不应被轻率地抛弃。在粒子物理学中，一项发现必须达到至少五个“标准差”的准确性才能被学界接受。我们现在略高于三个标准差，因此我们明显低于这一接受标准。标准模型基于已知和经过验证的物理学，而标准宇宙模型基于未知的物理学。目前，宇宙学的三大支柱——暗物质、暗能量（导致宇宙以加速度膨胀）和膨胀理论——的物理证据仅来自宇宙学。他们的存在可以解释许多天体观测。但它们既不预期于掌管最小尺度宇宙的标准粒子物理模型，也不预期于操作于大尺度的广义相对论理论。相反，这些物质属于未知物理领域。没有人曾在实验室或其他地方看见暗物质、暗能量或膨胀——因此，虽然粒子物理学中的异常可以被看作是我们可能需要发明全新物理学的暗示，但在宇宙学中，异常应被视为我们能够照亮完全未知物理的唯一方式。因此，我们论文中最有趣的结果不是宇宙似乎是弯曲而不是平坦，而是这个事实可能迫使我们以完全不同的方式重新整理宇宙谜题的片段。这篇文章由曼彻斯特大学天体物理学博士后研究员Eleonora Di Valentino发表在《The Conversation》上，根据知识共享许可重新发布。阅读原文。
