宇宙像一張巨大的蜘蛛網,星系不是隨機散落的,它們在引力的作用下聚集在一起,形成了壯觀的“星系長城”和“纖維狀結構”,在這些發光的纖維之間,則是巨大的黑色空隙,被稱為“空洞”。
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一般來說,這些空洞的直徑在幾百萬到幾千萬光年之間,但是在 2004 年,天文學家在檢查宇宙微波背景輻射圖譜時,發現了一個不可思議的異常,在南半球的波江座方向,有一個極其巨大的、溫度極低的區域,通過后續的觀測,科學家們倒吸一口涼氣: 那里似乎藏著一個直徑約 13 億光年的超級空洞。
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在這個范圍內,星系極其稀少,甚至可以說是一片死寂的荒漠,它大得違背了現有的宇宙學原理,大得讓人懷疑它是不是通往另一個宇宙的窗口,或者是一座精心設計的“宇宙牢籠”。
故事要從宇宙大爆炸的余暉說起,宇宙大爆炸發生后 38 萬年,宇宙冷卻到光子可以自由穿行,這第一縷光一直傳播到今天,就是宇宙微波背景輻射,你可以把它看作是宇宙的“嬰兒照”。
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理論上這張照片應該是均勻的,無論往哪個方向看,宇宙的背景溫度都應該是 2.725K,但是2004 年,NASA 的 WMAP 衛星發回了一張令人困惑的圖像,在波江座的方向,有一個巨大的深藍色斑塊,這個區域的溫度,比周圍平均溫度低了 70 微開爾文。
你可能覺得這微不足道?
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但在精密宇宙學中,這就像是在平整的柏油馬路上,突然出現了一個深不見底的巨坑,根據標準宇宙模型,這種尺度的低溫區域出現的概率,低于 1.85%。 也就是說它本不該存在。
最主流的解釋是:那里真的什么都沒有。
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這涉及到愛因斯坦廣義相對論中的一個有趣效應,薩克斯-瓦爾夫效應,想象一下光子在宇宙中飛行,就像是一個長跑運動員,當光子進入一個星系團時,它就像是滾進了一個山谷,獲得了能量,當光子離開星系團時,它要克服引力爬出山谷,消耗能量,在靜態宇宙中,進出能量抵消,光子并沒有變化。
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但是,我們的宇宙有暗能量,它在加速膨脹,如果光子穿越一個巨大的、幾乎沒有物質的空洞,由于暗能量在瘋狂地拉伸空間。當光子還在空洞里費力爬行那 13 億光年的路程時,空洞本身被拉大了,變平了。
原本陡峭的下坡路,變得平緩了,結果就是,光子進來時爬坡累得半死,出去時下坡卻沒賺回多少能量,凈結果:光子虧了能量,波長變長,溫度變低。
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這就是為什么空洞在 CMB 圖上顯示為“冷斑”,為了制造出 70 微開爾文的溫差,反推回去,這個空洞的直徑必須達到驚人的 10 億光年以上,這就是波江座超空洞的真面目:一個巨大的、物質極端匱乏的球體。
雖然被稱為“空洞”,但它并不是絕對真空,它內部也有星系,只是密度極低,如果說宇宙的平均密度是繁華的都市,那么波江座超空洞就是撒哈拉沙漠的中心,那里的星系密度可能只有正常區域的 20% 甚至更低。
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想象一下,如果我們的銀河系不幸誕生在這個空洞的正中心,人類的文明史會被改寫成什么樣?
在地球上,我們肉眼能看到的星星,絕大多數都處于距離我們幾千光年以內的銀河系內部,如果銀河系孤獨地懸浮在這個13億光年的空洞中心,周圍沒有仙女座,沒有麥哲倫星云,沒有本星系群,我們的夜空依然會有星星,但除此之外,背景將是絕對的死寂。
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在 1920 年代以前,人類以為銀河系就是宇宙的全部,是哈勃發現了仙女座,讓我們知道宇宙中有無數個島宇宙,但如果我們在空洞里,最近的鄰居星系也在 6 億光年 之外,即便我們發明了望遠鏡,在很長一段歷史時期內,我們也只能看到漆黑一片。
那些遙遠的星系光芒太微弱了,微弱到我們可能永遠無法發現它們,我們會堅定地認為:宇宙只有我們這一個星系,我們是絕對孤獨的,這種“井底之蛙”的認知可能會持續幾萬年,直到我們造出超級靈敏的太空望遠鏡,才能在黑暗的盡頭捕捉到一絲微光。
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這種“宇宙級的幽閉恐懼癥”,就是波江座空洞最可怕的地方,它是宇宙中最孤獨的流放地。
但是北卡羅來納大學的物理學家勞拉·梅爾西尼-霍頓提出了多重宇宙理論,她認為我們的宇宙并不是唯一的,在這一團“宇宙泡沫”中,我們的宇宙旁邊還擠著別的宇宙,在宇宙大爆炸的早期,我們的宇宙可能和另一個鄰居宇宙發生了“量子糾纏”或者直接的“物理碰撞”。
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那次碰撞極其劇烈,巨大的能量沖擊了我們的時空結構,把這一塊區域的物質徹底撞飛了,或者導致了這一塊時空的永久性損傷,就像兩個巨大的肥皂泡擠在一起,接觸面上會留下痕跡,波江座空洞,就是另一個宇宙狠狠撞擊我們宇宙留下的“淤青”。
如果這個理論是真的,那么那個冷點就不再是“空虛”,而是通往另一個現實的大門,在那 13 億光年的黑暗背后,可能隱藏著另一套物理定律,另一種完全不同的生命形式。
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除了平行宇宙,還有一種雖然不靠譜但非常迷人的科幻解釋:卡爾達舍夫 III 型文明。
我們知道,一個高等文明為了獲取能量,最終會建造戴森球包裹住恒星,在這個過程中,恒星的可見光會被遮擋,轉而輻射出紅外線,如果一個文明足夠強大,強大到成為了 III 型文明,他們可能不僅僅包裹一顆恒星,而是通過自我復制的馮·諾依曼探測器,殖民并包裹了整個星系團。
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如果波江座原本充滿了星系,但被一個超級文明完全改造了呢?
他們把幾百萬個星系都裝進了戴森球里,于是光消失了,對于遠處的觀察者來說,那里變成了一個巨大的黑洞。
當然,這個理論被大多數科學家否定。因為雖然可見光沒了,但熱力學定律告訴我們,廢熱是藏不住的,我們應該在那片區域看到強烈的紅外輻射,但現實是,那里真的很冷,連紅外線都沒有。
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目前最科學的解釋,依然是極端罕見的密度漲落。
也許宇宙并沒有我們想象的那么均勻,也許在 138 億年前的量子漲落中,這一塊區域真的就是運氣不好,物質稍微少了一點點,隨著宇宙的膨脹,這一點的“少”,被放大了億萬倍,最終變成了今天這個橫跨 13 億光年的深淵。
但無論成因是什么,波江座空洞的存在本身,就是對人類的一種震懾,它大到讓我們引以為傲的銀河系連一粒塵埃都算不上。 它空到讓光都要絕望地奔跑十幾億年。
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如果未來人類真的掌握了超光速航行,波江座空洞將是最危險的航區,因為那里沒有補給站,沒有落腳點,沒有恒星能源,一旦飛船在那里拋錨,你將面臨的是沒有任何參照物的、絕對的虛無。 你會懸浮在真正的“虛空”中,上下左右前后,幾億光年內,什么都沒有。
尼采說:“當你凝視深淵時,深淵也在凝視你。”
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對于天文學家來說,波江座空洞就是那個深淵,它是標準宇宙模型眼中的一粒沙子,讓我們意識到我們對宇宙的理解可能充滿了漏洞。
它像一只盲眼,提醒著我們: 宇宙不僅僅有璀璨的星云和壯麗的超新星,還有令人窒息的空曠與寒冷,在這個擁擠的宇宙中,這種極致的空,或許才是最可怕的謎題。
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