宇宙幽灵：暗流、暗物质和暗能量

今天的宇宙有点像一部鬼片。星系以奇怪的方式旋转，里面一群群的恒星在太空中疾走时，好像被一种神秘的未知力量支配着。另外，整个空间在膨胀着，但是膨胀速率正变得越来越快，好像是被一种难以察觉的能量驱动着。

宇宙学家并不迷信，所以他们发明了其他的称呼来替代这些幽灵，即暗流、暗物质和暗能量等等，而且他们费了很大的力气来证明它们是存在的。但是，如果他们探求的只是一场幻觉，也就是说暗物质或暗能量等等可能是不存在的，那他们会不会感到很崩溃？一些学者认为这很有可能，他们认为现在研究宇宙学所使用的标准模型过于简单了，所以只要修正这种模型，我们就可以驱逐这些不请自来的幽灵。

宇宙被假设为均匀的

今天的宇宙学模型有个基本假设：宇宙是均匀的，也就是说在各个地方的模样差不多都是一样的，朝各个方向上看也差不多都是一样的。其实在我们所能观测到的范围里，宇宙并不是均匀的，天体的分布在一定的尺度上遵循着等级制度：卫星绕着行星转；行星绕着恒星转；恒星又组成星系，绕着中心的黑洞转；星系组成星系团……星系团又聚集在一起构成丝状结构，分布在如气泡样子的巨洞边缘上，这些巨洞的质量密度大约只有星系团的十分之一，不过它大约占了宇宙体积的60%。

之所以许多宇宙学家仍把宇宙看成是均匀的，是因为如果从更大的范围看整个宇宙的话（大约在超过4亿光年的尺度时），宇宙所有的结构，不管是星系团还是巨洞，都混为了一体，宇宙就变得均匀了。就像我们在山坡上行走一样，坡上坑坑洼洼、有灌木石块，有的地方陡，有的地方平缓。但在十几里之外看这个山坡，它就几乎是一条平整的斜线。

但问题是，我们并没有这种能力来直接鸟瞰4亿光年尺度下的宇宙，我们所能观测到的宇宙根本不是均匀的。把这么复杂的宇宙看成是均匀的，就会对观测结果产生误解，这种误解又会使我们对宇宙的整体认识发生进一步偏离。

假设带来错觉

宇宙微波背景辐射产生于宇宙大爆炸之后大约38万年，那时宇宙第一次变得透明，光子可以自由地向宇宙各个方向传播。不过，随着宇宙自身的膨胀，这些光子的波长逐渐被拉长了（如同气球表面所画的一条波浪线，气球吹胀的同时这条波浪线的波长也变得越来越长）。到了现在，这些光波被拉长到微波的波段（大约为2毫米），并弥漫在整个宇宙中，这就是宇宙微波背景辐射。在一个均匀的宇宙之中，宇宙的膨胀速率在各个地方都是一样的，这样宇宙微波背景辐射在各个方向上的温度应该都是一样的。

但是事实情况却不是这样，它看起来一边的辐射温度比另一边的更高。这是为什么呢？这一般被认为是多普勒效应产生的。根据多普勒效应，在我们运动前方的背景辐射稍稍热些，后方的背景辐射稍稍冷些，因为我们是“迎头”闯入前方的辐射和退离后方的辐射。因此，宇宙微波背景辐射温度的不均匀，就意味着我们的银河系、本星系群和本超星系团以及我们所在宇宙部分中的其他星系团，都在川流不息地朝着某个方向运动。如果扣除这种多普勒效应，宇宙微波背景辐射温度的不均匀性就被抹掉了，宇宙就变得均匀了。

那么我们朝着哪里运动呢？答案是在距银河系约2亿光年，位于长蛇-半人马座超星系团的巨引源。它被认为是一个引力异常处，一个相当于数万星系质量的引力中心。因为这里的可见天体的质量只占据物质总质量的1/10左右，所以科学家猜测其他物质应该是暗物质。

不均匀宇宙才是合理的

但是，来自新西兰坎特伯雷大学的宇宙学家大卫·威尔特希尔对星系团在宇宙中朝同一个方向飞驰的观点提出了质疑。他认为，本星系群根本没有移动。之所以我们会认为它在移动，是因为我们对宇宙学原理的理解有偏差。他认为，首先要承认我们所观测到的宇宙是不均匀的，然后我们就应考虑一个不均匀的宇宙会产生哪些效应。

威尔特希尔分析道，是因为那个巨引源的引力减缓了宇宙的膨胀，所以才给了我们一种本星系群向着巨引源运动的假象。因此，我们所观测到的宇宙背景辐射的温差，并不是我们运动产生的多普勒效应引起的，而是一个不均匀宇宙带来的多普勒效应。

因此可以说，我们的银河系乃至整个本星系群向着巨引源运动是一种假象，是基于我们对宇宙模型的误解所形成的错误判断。这种错误判断让我们不断怀疑宇宙中是不是应该存在无法检测到的幽灵。其实宇宙原本是正常的，科学家们反而多疑了。下面就是科学家多疑的一个例子。

没有什么暗流

2008年，美国宇航局的科学家亚历山大·卡什林斯基和他的同事研究了700多个星系团，同样是根据宇宙微波背景的温差，发现这些星系团以1000千米/秒的速度流向半人马座和船帆座之间的一小块天空。当时，他们用所谓的“暗流”来解释这种现象。暗流的异常流动现象很难用常理解释，因为根据目前的标准宇宙模型，宇宙大爆炸后，物质是均匀扩散的。因此，对于这种异常现象只能用宇宙外力量来解释，即牵引这种物质流的力量来自可见宇宙之外。可见宇宙之外可能存在着一个更大的宇宙结构。

一种叫做“膨胀论”的理论提出假设：人类所看到的宇宙不过是时空中的一个小气泡，该气泡在宇宙大爆炸之后迅速膨胀开来。在这个气泡之外，仍然有可能存在我们不能看到的其他宇宙区域。在这些区域里，时空可能大不相同，其中可能不包含恒星和星系，因为恒星和星系只有通过气泡中具有独特密度模式的物质才能够形成。这种时空中可能含有大质量的巨型构造，比人类可见的宇宙中的任何构造都要大得多。研究人员认为，这些巨型构造在牵引着星系团运动，产生了暗流。

但实际上，没有什么暗流，更没有什么其他宇宙区域，因为根本就没有什么星系团的移动，跟巨引源一样，在那么多星系团中检测到宇宙微波背景的温差，源于宇宙本身的不均匀性，是这一区域膨胀速率不同而引起的。

干掉暗能量

如果我们就基于观测到的不均匀宇宙来思考问题，那么整个宇宙学的研究恐怕要完全改写了，比如这十几年来最热门的暗能量恐怕就是一场幻觉。上个世纪90年代后期，两组互相独立的天文学家小组发现宇宙在加速膨胀。所以暗能量这个概念被提出来了，认为暗能量起到反引力的作用，使得宇宙加速膨胀。但如今，法国里昂大学的宇宙学家托马斯·布赫特宣称，暗能量根本就不存在。他认为，我们要正视宇宙在局部的不均匀性，而不是总以宇宙整体的均匀性来看待问题。既然宇宙的大尺度结构是由星系团和巨洞组成的，那么宇宙在各个方向膨胀的速率不再是都一样的了。如同威尔特希尔所研究的一样，在巨洞这里的空间膨胀速率更快，而在星系团那里，会拖慢宇宙膨胀速度。

其中至关重要的是，随着宇宙年龄的增长，引力会使得更多的物质会聚到一起，形成更大的星系和星系团；同时，星系团之间的巨洞也会越来越空。这样，宇宙将会越来越不均匀，在星系成团处膨胀速率越来越慢，在巨洞处膨胀的速率会越来越快。这种加速的效果就被看成了神秘的暗能量加速的结果，但事实上暗能量是不存在的。

时间流逝也不同速

另外，一个不均匀的、凹凸不平的宇宙会明显不同于我们之前所认知的宇宙。根据爱因斯坦的理论，时间和空间是紧密联系的一个整体，所以如果空间在不同的地方具有不同的膨胀速率的话，那么各个地方的时钟走动的速率也是不同的。这就意味着，宇宙的年龄——这个宇宙最为基本的性质——在空间各处并不是一样的。在星系团中测量会得到一个结果，在巨洞中测量会得到另一个结果。

其实，威尔特希尔在之前的研究中，就利用所谓的“时间景观”这种理论探讨了这种可能。根据他的研究发现，在宇宙的物质密度低的地方，测得的宇宙年龄可能会达到186亿年，因为根据相对论，密度低的地方意味着时钟走的更快。而我们之前所估算的宇宙年龄只有138亿年，是因为我们处在物质密度更高的星系团中。

另外，我们之前认为宇宙是平坦的。但是宇宙真是不均匀的话，那么我们对于宇宙最终的命运就变得没有把握了。因为这得看其他地方到底有多少物质存在，所以说所有的可能——一个平坦的宇宙，一个永远膨胀下去的宇宙，或者一个会最终反过来坍缩回来的宇宙——都得重新考虑一番。美国费城科学大学的保罗·哈尔彭说，“一旦你说宇宙的每个地方可能是不一样的，你就等于打开了潘多拉魔盒。研究宇宙学会变得越来越复杂。”