宇宙到底是圆的还是扁的？

当研究人员重新分析早期宇宙的黄金标准数据集时，他们得出结论，宇宙必须”封闭”，或者像球一样卷曲起来。大多数其他人仍然不相信。

在平坦的宇宙中，如左侧显示，一条直线将延伸到无穷大。一个封闭的宇宙，右，像球体表面一样卷曲起来。在它，一条直线最终将回到它的起点。

今天发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文认为，宇宙可能像球体一样弯曲和靠近自身，而不是像宇宙学标准理论所预测的那样是平的。作者重新分析了一个主要的宇宙学数据集，并得出结论，这些数据有利于一个封闭的宇宙，有99%的确定性——尽管其他证据表明宇宙是平的。

罗马萨皮恩扎大学的亚历山德罗·梅尔基奥里说，有关数据——普朗克太空望远镜对古代光的观测，称为宇宙微波背景（CMB）——”明显指向了封闭模型”。他与曼彻斯特大学的埃莱奥诺拉·迪·瓦伦蒂诺和牛津大学校长约瑟夫·西尔克共同撰写了新论文。在他们看来，CMB数据（表明宇宙是封闭的）和其他指向平坦的数据的不和谐，代表着一场”宇宙危机”，需要”剧烈的反思”。

然而，普朗克望远镜背后的科学家团队在2018年的分析中得出了不同的结论。苏塞克斯大学的宇宙学家、参与分析的普朗克团队成员安东尼·刘易斯说，对CMB数据中的具体特征，迪瓦伦蒂诺、梅尔基奥里和西尔克解释为封闭宇宙的证据的最简单解释是”这只是一个统计上的偶然”。刘易斯和其他专家说，他们已经仔细研究了这个问题，以及相关的谜题的数据。

约翰霍普金斯大学的宇宙学家格雷姆·艾迪森说：”毫无疑问，这些症状在某种程度上存在。”只有对解释存在分歧

宇宙是否平坦——也就是说，在太空中并排射射的两束光束是否会永远保持平行，而不是最终像在封闭的宇宙中那样，交叉和摆动回原处，关键取决于宇宙的密度。如果宇宙中所有的物质和能量，包括暗物质和暗能量，加起来正好是向外膨胀的能量平衡向内引力能量的浓度，那么空间将平直地向四面八方延伸。

宇宙诞生的领先理论，被称为宇宙膨胀，产生原始的平坦。自本世纪早期以来的各种观测表明，我们的宇宙几乎是平的，因此必须属于这种临界密度的一根头发——据计算，每立方米空间大约5.7个氢原子，大部分是不可见的。

普朗克望远镜通过测量过去138亿年来CMB光在穿过宇宙时偏转或”引力透镜”的物体来测量宇宙的密度。这些CMB光子在地球之旅中遇到的物质越多，它们得到的透镜就越多，这样它们的方向就不再清晰地反映它们在早期宇宙中的起点。这在数据中以模糊效果显示，从而平滑光线空间模式中的某些峰值和凹度。根据新的分析，CMB的大量透镜表明，宇宙的密度可能比临界密度高5%左右，平均相当于每立方米6个氢原子，而不是5.7个氢原子，这样重力会获胜，宇宙就会坍塌。

普朗克卫星的宇宙微波背景图。

欧空局/普朗克协作

普朗克的科学家几年前就注意到了比预期更大的透镜效果；这种异常现象在他们对去年发布的完整数据集的最终分析中最为突出。如果宇宙是平的，宇宙学家预计曲率测量值将落在一个”标准差”零以下，因为数据中的随机统计波动。但普朗克团队和新论文的作者都发现，CMB数据存在3.4个标准偏差。假设宇宙是平的，这是一个重大的偶然性——大约相当于连续11次掷硬币都是中的，这发生在不到1%的概率。普朗克团队将测量归因于这样的偶然性或许是一些模糊CMB 光线的不明的额外物质的造成的，或许宇宙真的是封闭的。迪瓦伦蒂诺和合著者指出，封闭模型解决了CMB中其他异常的发现。例如，研究人员通过测量来自天空不同区域的CMB光的颜色变化，推断出我们宇宙关键成分的价值，如暗物质和暗能量的数量。但奇怪的是，当他们比较天空的小区域时，当他们比较大区域时，他们会得到不同的答案。作者指出，当你重新计算这些值假设一个封闭的宇宙。

纽约布法罗大学的宇宙学家威尔·金尼称封闭宇宙模型的这一好处”非常有趣”。但他指出，在CMB光中看到的小型和大规模变化之间的差异很容易是统计波动本身，或者它们可能源于可能影响透镜测量的相同未识别误差。

根据宇宙学的标准理论，只有六个关键属性来塑造宇宙，即称为+CDM（以暗能量命名，由希腊字母+或 lambda 和冷暗物质表示）。只有六个数字，+CDM准确地描述了宇宙的所有特征。而+CDM不预测任何曲率;它说宇宙是平的

这里的要点不是宇宙是封闭的。问题是数据之间的不一致。

新论文认为，我们可能需要在+CDM中添加第七个参数：一个描述宇宙曲率的数字。对于镜头测量，添加第七个数字可提高与数据的拟合。

但其他宇宙学家认为，在认真对待异常现象以在理论中添加第七个参数之前，我们需要考虑所有其他的事情，即[CDM]是正确的。当然，我们可以关注这一个异常现象——一枚硬币连续11次出现——并说有些事已经脱落了。但CMB是一个巨大的数据集，它就像翻转硬币数百或数千次。不难想象，在这样做时，我们会遇到一个随机运行11个头。物理学家称之为”寻找别处”效应。

此外，研究人员指出，大多数其他测量不需要第七个参数。还有第二种方法，通过测量来自天空中四个点的光集之间的相关性，从CMB中收集空间曲率;这种”透镜重建”的测量表明宇宙是平的，不需要第七个参数。此外，BOSS调查对宇宙信号的独立观测，称为男爵声学振荡，也指向平坦度。普朗克在2018年的分析中，将透镜测量与其他两个测量结果相结合，在一个标准偏差为零时，就空间曲率的平均值。

迪瓦伦蒂诺、梅尔基奥里和西尔克认为，把这三个不同的数据集拉到一起掩盖了这样一个事实，即不同的数据集实际上并不一致。”这里的要点不是宇宙是封闭的，”梅尔基奥里通过电子邮件说。”问题是数据之间的不一致。这表明目前没有和谐模型，并且我们缺少一些东西。换句话说，+CDM是错误的或不完整的。

本文咨询的所有其他研究人员认为，证据的重量表明宇宙是平的。”考虑到其他测量结果，”艾迪森说，”普朗克数据这一行为的最清楚的解释是，这是一个统计波动。也许这是由普朗克分析中的一些轻微的不准确造成的， 或者它完全只是噪音波动或随机机会。但无论哪种方式，都没有理由认真对待这种封闭的模式。

这并不是说宇宙图上没有丢失物质。CDM似乎预测了宇宙当前膨胀速率的错误值，引起了被称为哈勃常数问题的争议。但假设宇宙是封闭的并不能解决这个问题——事实上，增加曲率会恶化膨胀率的预测。除了普朗克的异常透镜测量，没有理由认为宇宙是封闭的。

“时间会告诉我们的，但我个人对此并不担心，”Kinney说，他指的是CMB数据中的曲率建议。”这是一种类似的异常， 已被证明是蒸汽。 阿塔卡马宇宙学望远镜对宇宙微波背景进行的新测量发现，宇宙是平的，密度与临界密度相匹配。ACT的科学家写道，”我们没有发现任何偏离平坦的证据，这支持了”普朗克看到的偏差”是统计波动的解释。

2019 年 11 月 4 日更正：本文的原始版本提到了 BOSS 卫星。事实上，BOSS调查是在地面望远镜上进行的。

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