宇宙出現(xiàn)bug了？117億光年外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了5個一模一樣的星系

根據(jù)前段時間發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的新研究，科學(xué)家利用位于阿爾卑斯山的北部擴(kuò)展毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列，以及位于阿塔卡馬沙漠的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列，在大約117億光年外，發(fā)現(xiàn)了5個看上去一模一樣的星系，如下圖所示：

這到底是怎么回事呢？想要解開這個奧秘，我們就必須知道我們的星系是如何誕生的？

根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)家的研究得出，我們的宇宙誕生于138億年前的大爆炸，當(dāng)時有一顆奇點發(fā)生了爆炸，奇點是一個質(zhì)量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點，這個點爆炸以后，我們的宇宙快速的向四周膨脹，經(jīng)過漫長的時間演化，宇宙才變成我們現(xiàn)在所看到的樣子，宇宙中的天體都是在宇宙大爆炸之后形成的，而我們的星系也是如此，宇宙大爆炸初期，宇宙中的溫度非常高，直到宇宙冷卻至約4000K，電子與原子核結(jié)合成中性原子，這一過程被稱為“復(fù)合時期”。此時，光子得以自由傳播，形成了我們今天觀測到的宇宙微波背景輻射，而物質(zhì)則開始在引力作用下逐漸聚集。

正是在這一時期，宇宙中原本微不足道的密度漲落——由量子漲落放大而來——成為了星系形成的“種子”。這些密度稍高的區(qū)域，引力略強(qiáng)，開始吸引周圍的物質(zhì)。在引力的持續(xù)作用下，這些區(qū)域不斷吸積氣體，密度對比逐漸增強(qiáng)，最終形成了原始的物質(zhì)團(tuán)塊。這一過程被稱為“引力不穩(wěn)定性”，是星系形成的物理基礎(chǔ)。在這些原始團(tuán)塊中，暗物質(zhì)扮演了至關(guān)重要的角色。暗物質(zhì)不發(fā)光、不與電磁力相互作用，卻通過引力主導(dǎo)著宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。在宇宙大爆炸后約1億年，暗物質(zhì)開始聚集，形成“暗物質(zhì)暈”。這些暈如同宇宙中的“引力骨架”，為普通物質(zhì)（主要是氫和氦氣體）提供了聚集的場所。氣體在暗物質(zhì)暈的引力勢阱中冷卻、坍縮，形成原始星系云。

當(dāng)這些云的密度足夠高時，氣體進(jìn)一步冷卻并碎裂，點燃了宇宙中的第一代恒星——這些恒星質(zhì)量巨大、壽命短暫，它們的誕生標(biāo)志著星系雛形的初步形成。當(dāng)前主流的星系形成理論是“ΛCDM模型”（冷暗物質(zhì)模型），該模型認(rèn)為星系在暗物質(zhì)暈中形成，并通過吸積周圍氣體和與其他星系并合而成長。數(shù)值模擬和觀測表明，宇宙中最早的星系可能誕生于大爆炸后4億至6億年之間。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）的最新觀測首次直接捕捉到了這些早期星系正在通過吸積冷中性氫氣而形成的過程，為理論提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。不過科學(xué)家認(rèn)為，星系的演化并不是一下子形成的，在形成的初期，星系也是經(jīng)歷了劇烈的恒星形成活動，被稱為星爆星系。

這些星系中的氣體在引力作用下迅速坍縮，形成大量恒星，同時星系中的超大質(zhì)量黑洞也在這一過程中快速成長，當(dāng)黑洞吸積物質(zhì)時，會釋放出巨大的能量，形成強(qiáng)烈的反饋效應(yīng)，這種反饋能夠加熱或者驅(qū)散星系中的冷氣體，抑制恒星的進(jìn)一步形成，從而調(diào)節(jié)星系的演化，而且星系的形態(tài)也會隨著演化不斷變化，科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在宇宙早期的時候，很多星系已經(jīng)呈現(xiàn)出盤狀結(jié)構(gòu)，類似銀河系的古銀盤在宇宙誕生不久之后就開始形成了，螺旋星系的旋臂被認(rèn)為是由恒星形成引發(fā)的致密波所導(dǎo)致的，而橢圓星系則多由星系合并而成。當(dāng)兩個星系靠近時，引力擾動會扭曲它們的形狀，形成不規(guī)則的奇特星系。

其實星系的形成研究不僅僅揭示了宇宙結(jié)構(gòu)的起源，也深刻影響著我們對自身存在的理解，沒有星系就沒有恒星，沒有恒星就沒有行星，更不可能擁有生命，現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了星系的形成，那么宇宙中5個一模一樣的星系到底是如何形成的？這種奇特的現(xiàn)象應(yīng)該如何解釋呢？由于這五個星系在整體上排列成一個十字形，所以科學(xué)家首先想到的是，這應(yīng)該是愛因斯坦十字，愛因斯坦十字是一種由引力透鏡效應(yīng)產(chǎn)生的特殊天文現(xiàn)象，根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論理論，引力并非傳統(tǒng)意義上的“力”，而是大質(zhì)量物體使周圍時空發(fā)生畸變的結(jié)果。就像一個沉重的鐵球壓在彈性膜上形成凹陷，太陽、星系乃至星系團(tuán)都會在其周圍造成時空的“洼地”。光雖無靜止質(zhì)量，但依然沿著彎曲時空中的最短路徑傳播，因此其軌跡也會被“拽彎”。

當(dāng)背景光源、前景大質(zhì)量天體與觀測者幾乎成一條直線時，來自背景星系的光線就會被前景天體的引力場聚焦、放大和扭曲，形成多重像、弧狀結(jié)構(gòu)甚至完整的光環(huán)——這就是引力透鏡效應(yīng)的直觀表現(xiàn)。根據(jù)其強(qiáng)度和表現(xiàn)形式，引力透鏡可分為三類：強(qiáng)引力透鏡、弱引力透鏡和微引力透鏡。強(qiáng)引力透鏡通常出現(xiàn)在星系團(tuán)或大質(zhì)量星系周圍，能顯著扭曲背景星系的圖像，產(chǎn)生明顯的愛因斯坦環(huán)、多重成像或明亮的光弧。引力透鏡不僅是驗證廣義相對論的關(guān)鍵證據(jù)，更已成為現(xiàn)代宇宙學(xué)不可或缺的研究手段。它幫助我們“看見”不可見的暗物質(zhì)，測量哈勃常數(shù)，探測遙遠(yuǎn)星系的形成歷史，甚至揭示光線在強(qiáng)引力場中的行為細(xì)節(jié)。值得一提的是，觀測中還需考慮“非距離紅移”等因素，即光線彎曲本身可能導(dǎo)致額外的光譜變化，影響距離估算的準(zhǔn)確性。

不過科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這五個星系并不是我們想象的那么簡單，要知道愛因斯坦十字的中心區(qū)域，應(yīng)該是產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)的前景天體，它會擋住目標(biāo)天體，所以其中心區(qū)域，要么就是前景天體的光芒，要么就直接被遮擋了，目前人類已知的愛因斯坦十字，位于飛馬座方向，距離我們大約有80億光年，我們可以看到在它的中心區(qū)域其實是前景天體的光芒。簡單來說就是，如果這次發(fā)現(xiàn)的真的是愛因斯坦十字，那么它的中心區(qū)域就不應(yīng)該出現(xiàn)那個虛像，但是實際觀測顯示，它的中心區(qū)域清清楚楚的出現(xiàn)了一個虛像，盡管如此，科學(xué)家依然認(rèn)為這五個看上去一模一樣的星系，應(yīng)該是一個被稱為HerS-3的星系因為引力透鏡所形成的，根據(jù)計算，這個星系距離地球大約有117億光年。

對于宇宙來說，117億光年的距離非常短暫，但是對于人類來說，這是一個非常遙遠(yuǎn)的距離，光年就相當(dāng)于光速飛行了117億年的時間，光速大約是每秒30萬公里，目前人類的飛行速度連光速的百分之一都達(dá)不到，所以人類只能夠依靠天文望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行觀測，科學(xué)家經(jīng)過一系列的觀察以后，他們發(fā)現(xiàn)，在HerS-3和地球之間，距離我們大約78億光年的區(qū)域，確實存在4個星系，所以科學(xué)家推測，這4個星系應(yīng)該充當(dāng)了前景天體，它們引力場的共同作用所產(chǎn)生的引力透鏡，讓HerS-3發(fā)出的光形成了5個虛像，其中就包括了中心區(qū)域的那個虛像，而在我們看來，這個虛像正好位于4個星系的間隙之間，所以我們就能夠看到它。

有了這個推測，科學(xué)家之后還進(jìn)行了實驗，科學(xué)家利用對這4個星系的觀測數(shù)據(jù)建立起引力透鏡模型，然后嘗試通過調(diào)整不同的參數(shù)來重現(xiàn)實際觀測到的情況，模擬的結(jié)果讓科學(xué)家感到意外，無論它們?nèi)绾握{(diào)整參數(shù)，這4個星系都不能夠重現(xiàn)實際觀察的情況，模擬出的結(jié)果要么是中間那個虛像位置不對，要么就是其它4個虛像的位置不對，而假如在特定的位置上面額外加一個足夠大的質(zhì)量團(tuán)，那所有的虛像的位置就都可以調(diào)整到和實際觀察到的情況一模一樣，但是根據(jù)科學(xué)家的計算發(fā)現(xiàn)，這個額外加入的質(zhì)量團(tuán)的范圍能夠達(dá)到10萬光年以上，質(zhì)量就相當(dāng)于太陽的幾萬億倍，但是觀測數(shù)據(jù)表明，在其應(yīng)該存在的位置上什么都沒有。

為什么會出現(xiàn)這樣的情況呢？難道宇宙真的出現(xiàn)了bug？對此有一些科學(xué)家認(rèn)為，我們的宇宙可能是虛擬的，虛擬宇宙論，簡而言之，是一種認(rèn)為我們所處的現(xiàn)實世界可能并非“真實”，而是某種高級文明或超級計算機(jī)所構(gòu)建的模擬環(huán)境的理論。這一思想最早可追溯至古希臘哲學(xué)家柏拉圖的“洞穴寓言”——人類如同被鎖在洞穴中的囚徒，只能通過墻上的影子來認(rèn)識世界。現(xiàn)代版本的虛擬宇宙論則受到計算機(jī)科學(xué)和量子物理的啟發(fā)。2003年，牛津大學(xué)哲學(xué)家尼克·博斯特羅姆提出“模擬假說”，認(rèn)為未來文明若具備足夠強(qiáng)大的計算能力，極有可能會運行大量高保真的模擬宇宙，而我們極有可能就生活在其中之一。

虛擬宇宙論的核心邏輯建立在三個前提之上：第一，人類文明將持續(xù)發(fā)展，最終掌握足以模擬整個宇宙的計算技術(shù)；第二，未來文明有動機(jī)去運行大量祖先模擬或虛擬世界；第三，若上述兩點成立，那么模擬世界中的“意識體”數(shù)量將遠(yuǎn)超真實世界，因此我們更可能身處模擬之中。這一理論并非空穴來風(fēng)。現(xiàn)代電子游戲已能創(chuàng)造出擁有復(fù)雜規(guī)則、智能NPC和沉浸式體驗的虛擬環(huán)境。設(shè)想未來計算能力呈指數(shù)級增長，量子計算機(jī)實現(xiàn)突破，我們或許能構(gòu)建出與現(xiàn)實無異的虛擬宇宙。在這樣的世界中，其中的“居民”是否會意識到自己是被模擬的？他們是否也會提出“我們是否真實存在”的疑問？

雖然這個理論目前也只是科學(xué)家的一種猜測，但是也存在一定的道理。