是天空的瑕疵？还是平行宇宙的通道？巨冷斑：科学无法解释的谜

没有人知道它究竟是什么。

普朗克卫星2018年公布的全天宇宙微波背景辐射图。图一为温度分布；图二为经过光滑化处理的温度分布；图三在图二的基础上叠加了光子的偏振方向。ESA / 普朗克合作组织

年轻宇宙的余辉中竟然有一个巨大的瑕疵。这个瑕疵就是存在于宇宙微波背景辐射中的所谓“巨冷斑”。尽管有很多科学家在研究“巨冷斑”，但是至今都没有人知道它究竟是什么。

宇宙微波背景辐射，是宇宙诞生后大约仅38万年时产生的。当时的宇宙体量只有今天的百万分之一，而温度高达9700摄氏度。由于温度和压力太高，那时宇宙中的一切都无法与电子结合，而是以离子的形态存在。

随着宇宙的膨胀和冷却，电子开始与离子结合，形成不带电的中性物质。在此期间，宇宙中弥漫着白炽光。几十亿年后，宇宙的温度逐渐下降到了大约零下270摄氏度，曾经弥漫于整个宇宙的白炽光波长，则被拉伸到了电磁波中的微波波段。

这就是所谓的宇宙微波背景辐射。弥漫于整个天空中的它，几乎是完美而统一的，只有百万分之一的微小温度波动。在宇宙微波背景辐射图中，这些微小的波动可以用不同形态和面积的斑点表现。我们无法准确预言这些波动是什么，也无法预知哪些地方温度可能低，哪些地方温度可能高。这是因为我们看到这些光子实际上来自今天的可观测宇宙之外。我们只能用统计的方法来认识宇宙微波背景辐射，用物理学的方法来认识斑点的平均面积，以及它们的平均温度。

几十年来，科学家利用不断进步的技术对宇宙微波背景辐射进行了越来越精确的观测。一切看起来都很完美，直至“巨冷斑”出现。

事实上，宇宙微波背景中存在着大量的“冷斑”，这是一些温度低于宇宙微波背景辐射平均值的区域。但它们的面积相对都较小，分布得相对而言比较均匀。而“巨冷斑”不然，它非常显眼，即使用肉眼也能分辨出来。

在宇宙微波背景图中，“巨冷斑”位于画面的正中心略偏右下方。在天空中，它位于波江座方向。

“巨冷斑”的温度相当低。它的平均温度比宇宙微波背景辐射的平均温度低70微开尔文。而那些普通的小“冷斑”温度只比宇宙微波背景辐射低约18微开尔文。“巨冷斑”中温度最低的部分，甚至比宇宙微波背景辐射的平均温度低140微开尔文。“巨冷斑”还很大，其直径大约有5度，相当于10个满月的直径加起来。而微波背景中其他斑点的平均直径只有1度。

起初人们以为“巨冷斑”是观测中出现的误差。但无论是NASA的威尔金森微波各向异性探测器，还是ESA的普朗克卫星，都确认了“巨冷斑”的存在。所以它不是误差，也不是干扰，而是一种真实的现象。对于这个“巨冷斑”的普遍共识是，它理论上不应出现。它不应那么大，也不应那么冷。其单纯随机出现的概率不足1%。所以它究竟是什么？

对于这个奇怪的“巨冷斑”的本质，最受青睐的解释是，在天空中的那个方向上，在我们与宇宙微波背景辐射之间，存在着一个巨大的宇宙空洞（void）。

宇宙空洞是宇宙中一种体积巨大，且内部几乎一无所有的巨大空间。虽然一无所有，但它却能影响宇宙微波背景辐射，因为空洞是会变化的。

当宇宙微波背景辐射进入空洞，由于从高密度环境进入低密度环境，它会获得能量。假如宇宙是静态的，那么在它从空洞离开时，它会失去同样多的能量。而宇宙在膨胀，空洞也一样。辐射进入空洞时，空洞还比较小；而当辐射离开时，空洞变大了，失去的能量会多于获得的能量，这会导致该区域的宇宙微波背景辐射温度下降。

但这一看似合理的解释却至今未能得到足够多的证据支持。原因也很简单：我们不知道那个方向上是否存在这样一个巨大的空洞。

天文学家对这一天区的测绘至今是不完整的，不是所有星系都已被记录在案，观测的区域也不够大，没有覆盖这个假想空洞可能覆盖的全部区域。学界争论也很大，有些科研人员称在那里发现了空洞，有一些表示那里并没有空洞。

然而即使那里真的存在一个巨型空洞，它是否能够产生足够强的效应，在宇宙微波背景辐射中形成“巨冷斑”也是一个问题。

诸多不确定性，在圈内圈外引发了种种非主流的猜测。比如有人认为，这个“巨冷斑”，是不是源于我们的宇宙和另外一个宇宙在那里曾经有过的一个交叉点。然而即使是这样的假说，也不能解释“巨冷斑”身上的所有特点。这导致“巨冷斑”成了一个悬而未决，且可能会在未来较长一段时间内无法解释的谜。

宇宙微波背景辐射和暗物质分布叠加图。ESA / 普朗克合作组织

参考
Why a giant 'cold spot' in the cosmic microwave background has long perplexed astronomers
https://www.space.com/cosmic-microwave-background-cold-spot-perplexed-astronomers