宇宙空洞讓時空旅行變慢？

宇宙空洞會影響到宇宙的正常膨脹嗎？

“大爆炸的聲音”表明地球可能位于一個 20 億光年寬的宇宙空洞中

我們證明了空洞模型比無空洞模型的可能性大約高出一億倍。”

一個星系正被封閉在低密度的哈勃氣泡中（圖片來源：羅伯特 ·李）

地球、銀河系以及更廣泛的宇宙區域，位于一個比宇宙其他部分更低密集度的空洞之中。如果真是這樣，這將解決宇宙學中一個長期以來最令人沮喪的問題，即“哈勃張力”。

新的研究表明，來自宇宙初始時刻的“重子聲學振蕩（BAOs）”，可以將其想象成“大爆炸的聲音”，一定程度上支持了局部空洞或“哈勃氣泡”的概念。

“哈勃效應”源于這樣一個事實：當采用不同的測量方法時，宇宙膨脹的速度（即所謂的哈勃常數）也不同。一種方法通過對本地宇宙的天文觀測來確定哈勃常數，而另一種方法則是將整個宇宙的平均值作為其數值。這意味著，如果本地宇宙處于低密度的“哈勃氣泡”中，那么它會比密度更高、范圍更廣的宇宙膨脹得更快，這就解釋了為什么觀測結果給出的哈勃常數值更大，宇宙膨脹速度也更快，而理論上的平均值則較慢。

研究作者、樸茨茅斯大學的因德拉尼爾·班克在一份聲明中表示：“這種不一致現象的一個潛在解決方案是，我們的星系靠近一個大型的、局部的空洞中心。這會導致物質在引力作用下被拉向空洞外部的高密度區域，從而使空洞隨著時間的推移變得越來越空曠。”隨著空洞逐漸變空，遠離我們的物體的速度會比空洞不存在時更快。因此，這就會呈現出一種局部膨脹速度更快的假象。”

哈勃張力：是“局部問題”嗎？

計算哈勃張力有兩種方法。其一，科學家們觀測一種被稱為“宇宙化石”的現象，即宇宙微波背景（CMB）。這是最初能夠自由在宇宙中傳播的光線，即 CMB 是一種幾乎均勻且全面地充滿整個宇宙的輻射場。科學家們可以通過 Lambda 冷暗物質模型（LCDM），這一宇宙學的模型來觀測 CMB 并利用其演變完成計算。由此，得出宇宙當前的哈勃常數值，而不僅是局部的數值。

另外，天文學家還會利用 Ia 型超新星或變星的觀測數據（變星是天文學家所稱的“標準燭光”中的兩種例子）來測量其所在星系的距離。這些星系遠離地球的速度可以通過這些天體發出光線的波長變化（即“紅移”）來確定。紅移值越大，星系遠離地球的速度就越快。通過這種方法可以計算出哈勃常數。但問題在于，這種對本地宇宙的觀測方法得出的哈勃常數值大于通過考慮整個宇宙的“la”模型所得到的理論值。因此就出現了哈勃張力現象。

重子聲學振蕩（BAOs）——“大爆炸之聲”——支持了局部空洞存在的觀點。（圖片來源：加布里埃拉·塞卡拉，圓周理論物理研究所）

班尼克將差異化歸于局部問題

“哈勃張力很大程度上是一偶然現象，幾乎沒有證據表明膨脹率與標準宇宙學的預期不一致，”班尼克說。“所以，像局部空洞這樣的個別解決方案是解決問題的一種很有希望的方法。”

要使這種局部空洞理論解決哈勃常數的矛盾，地球和太陽系就必須大致位于低密度哈勃泡的中心。要使這種局部空洞理論解決哈勃張力問題，地球和太陽系就必須大致位于低密度哈勃泡的中心。哈勃泡的直徑大約要達到 20 億光年，其密度要比宇宙平均物質密度低約20％。

的確，對該地宇宙中星系數量的統計表明其密度低于宇宙相鄰區域的密度。

然而，一個重大障礙在于，如此巨大的虛空的存在與“勒梅特-迪安-霍爾特-麥克斯韋模型”（即“冷暗物質模型”）并不相符。該模型認為物質應當在各個方向上均勻分布，或者說“在整個宇宙中呈‘各向同性和均勻’分布”。

插圖顯示了一個沒有比例的銀河系坐落在宇宙中一個孤獨的空洞中。（圖片來源：羅伯特·李）

班尼克獲取的新數據表明，被稱為“重子聲學振蕩”（簡稱 BAO）的宇宙大爆炸聲實際上支持了局部空洞的概念，這與“標準宇宙模型”（LCDM）的觀點相悖。“這些聲波在宇宙冷卻到足以形成中性原子時才暫時停止傳播，并固定在原地不動狀態。”班尼克解釋道。“它們就像一個標準尺子，其角度大小我們可以用來描繪宇宙的膨脹歷史。”班尼克認為，局部空洞會略微扭曲 BAO 角度尺度與紅移之間的關系。這是因為局部空洞引起的速度變化及其引力效應除了由宇宙膨脹引起的紅移之外，還會進一步增加紅移。

班尼克補充道：“過去 20 年內所有可獲取的 BAO（宇宙背景漲落）測量數據，發現，存在空洞的模型比沒有空洞的模型要多出約一億倍的可能性。而這種沒有空洞的模型的參數設定正是為了與‘普朗克衛星’所獲取的宇宙微波背景觀測結果相匹配，即所謂的‘普朗克均勻宇宙學’。”

班尼克及其團隊接下來會通過空洞模型與其他模型的比較，重現宇宙的膨脹歷程。

這可能需要使用“宇宙計時器”——不斷演變的龐大宇宙天體，比如星系，通過觀測這些星系中的恒星群體并了解恒星類型并確定宇宙膨脹的速度隨時間的變化情況。觀察恒星群時，沒有短壽命的大型恒星就意味著其年齡更久遠。然后，將這個年齡與星系光線在宇宙膨脹過程中傳播至我們這里時所經歷的紅移值進行比較，揭示宇宙在宇宙時間尺度上的膨脹歷史。解決哈勃張力帶來的困擾。該團隊的研究由班尼克于 7 月 7 日（周一）在英國杜倫大學舉行的皇家天文學會 2025 年全國天文學會議上進行展示。

BY:Robert Lea

FY: Jane

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自：

https://www.space.com/astronomy/the-sound-of-the-big-bang-hints-that-earth-may-sit-in-a-cosmic-void-2-billion-light-years-wide

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