天文學新發現：宇宙膨脹速率因地而異，我們或生活在黑洞中？
2023-04-01 02:52:05 1
洛倫茲不變性是愛因斯坦狹義相對論中的一個概念，它認為宇宙中的物理定律在任何地方都是相同的。基於廣義相對論的宇宙學也認為，只要觀測尺度足夠，宇宙在所有方向上都是相同的。正是這兩點構成了現代宇宙學的支柱。
自從人類發現宇宙一直在不斷膨脹，科學家們一直認為宇宙在向各個方向均勻膨脹。然而，根據2020年4月8日發表在《物理學家組織》上的一篇文章，一項基於美國宇航局錢德拉塞卡(Chandrasekhar 空望遠鏡)和德國ROSAT X射線天文臺數據的研究表明，我們的看法是錯誤的，即宇宙的膨脹率可能因地而異，人類宇宙學的支柱可能有裂縫。
一旦得到證實，這一發現可能會顛覆現代宇宙學的認知，證明我們的宇宙確實是一個黑洞。這是怎麼回事？
137億年前的閃光
自大爆炸以來，宇宙已經膨脹了137億年，並且有加速的趨勢。這一現象得到了宇宙微波背景輻射觀測的支持。
宇宙微波背景輻射是大爆炸後38萬年的一個古老光子。早期的宇宙充滿了混沌等離子體。直到380，000年後，宇宙才冷卻到足以將質子和電子結合成氫原子，光子能夠自由傳播，並在跨越137億年的時間被我們捕獲。
宇宙微波背景輻射告訴我們，當「宇宙萬歲38」的時候，宇宙確實以恆定的速度向四面八方膨脹，但是137億年後，事情還會和以前一樣嗎？
x光異常數據
如果宇宙繼續以137億年前相同的速度向各個方向膨脹，那麼不同的星系在相同的環境和相似的距離下對我們來說應該有相同的亮度。發表這篇文章的團隊用它來測量和估計宇宙當前的膨脹速度。
他們篩選出合格的星系團，觀察這些星系團中熱氣體發出的X射線，確認星系團的溫度，並根據這些數據估計X射線的亮度。與此同時，他們還使用了傳統的方法，一種依靠宇宙膨脹速度來計算X射線亮度的方法。
通過比較這兩個結果，他們發現在連續驗證的800個星系團中，並不是每個星系團的數據都是相等的。也就是說，新方法測得的數據與傳統方法的預期不完全一致。
經過比較，他們發現一些溫度和距離相似但方向不同的星團有明顯的亮度差異。也許這個方向比預期的高，而另一個方向比預期的低。兩個方向之間的差異可以是30%，這是非常顯著的。
紫色和黑色慢，紅色和黃色快。
在得出宇宙膨脹速度因地而異的結論之前，研究人員還考慮了其他可能性。例如，有大規模的物質流動是由於未被發現的灰塵阻擋了視線或巨大的重力源造成的，但觀測數據並不支持這些情況。
研究人員說，如果他們的結論是正確的，那麼人類將不得不重新檢查他們以前知道的一切。
除了這項研究，以前的研究表明宇宙的膨脹速度似乎不同。
三個驚人的膨脹率
2019年7月15日發表在《天體物理學》上的一項研究顯示，芝加哥大學和卡內基大學的科學團隊使用三種方法精確測量了三種完全不同的宇宙膨脹速率。
在這個實驗中，宇宙的膨脹率不是直接測量的，但是哈勃常數是根據哈勃望遠鏡的數據計算的空來間接了解宇宙的膨脹率。所謂的「哈勃常數」是宇宙中恆星後退速度和距離的比值。
他們用三種方法計算哈勃常數。
首先是「造父造父法」。造父變星是一顆偶爾發出脈衝的恆星。天文學家可以利用它的脈衝亮度和周期來確定它離地球的距離，並通過長期監測它的脈衝紅移來確定它的後退速度，從而計算出哈勃常數。
第二種方法是宇宙微波背景輻射。第三種方法是通過觀察紅巨星和la型超新星來計算哈勃常數。
這三種方法獲得的數據分別為每百萬秒74公裡、每百萬秒67.4公裡和每百萬秒69.8公裡。
三種不同大小的數據確實震驚了最初的天文學家，但根據今年研究的推測，這可能是由於去年研究期間選擇了三個不同膨脹率的區域進行觀測。
然而，為什麼這可能意味著我們的宇宙真的是一個大黑洞呢？
四維黑洞的薄膜
2013年9月13日發表在《自然》雜誌上的一份研究報告指出，我們的宇宙可能是一個四維度為0+的超大質量黑洞的視界膜，這種膜的生長被我們的三維生物視為「宇宙膨脹」。
在我們的宇宙中，黑洞的視界是一個球體，它的表面是一個二維薄膜。在四維宇宙中，黑洞的「地平線膜」將是三維的，隨著四維黑洞繼續吞噬，這個三維膜將慢慢生長。
在我們的宇宙中，由於角動量和粘性效應的存在，黑洞周圍會形成一個吸積盤，它只吸收一個方向的物質。當黑洞的體積仍然很小時，它的總增長率是相等的，但是隨著它體積的增加，吸積膨脹率有一天會比其他地區大。
我們可以猜測，在四維黑洞附近也可能有一個「吸積球」，在四維空中從一個固定的方向吸積。隨著黑洞的增加，視界膜的膨脹速度開始變得不平衡。
此外，在現有的黑洞模型中，如果一個物體的體積半徑被壓縮到史瓦西半徑，該物體將成為一個黑洞。具體公式如下:r = 2gm/c 2，g是引力常數，m是物體的質量，c是光速。
如果我們知道的宇宙質量代入上述公式，得到的史瓦西半徑基本上接近哈勃望遠鏡觀察到的宇宙半徑。這能進一步證明我們真的存在於黑洞中嗎？
目前，科學家正在做進一步的觀察，以找到更多的證據來證明他們的觀點。
