新研究支持颠覆性理论：地球可能位于一个巨大的宇宙空洞之中

该理论有望最终解开宇宙学中最大的谜题之一。

宇宙的图像，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的深空快照，让太空看起来充斥着各种天体。从宏观角度看确实如此，但所有的恒星、星系、行星和其他天体，可能并不像照片显示的那样分布均匀。

事实上，宇宙空间中很可能散布着相对空旷的气泡状区域（空洞），而一些天文学家认为，我们正身处其中一个气泡之内。越来越多的证据表明，我们整个银河系都位于一个巨大的宇宙空洞之中。最近，研究人员发现早期宇宙的声波 —— 本质上是宇宙大爆炸的声音 —— 支持了这一观点。这项由朴茨茅斯大学宇宙学家因德拉尼尔·巴尼克（Indranil Banik）领导的研究，为“哈勃张力”（Hubble tension） —— 宇宙中最大的谜题之一 —— 提出了一个可能的解决方案。

巴尼克和他的同事们于今年五月在《皇家天文学会月刊》上发表了他们的发现。过去五年，他一直在研究哈勃张力问题。这个令人费解的宇宙学难题源于对“哈勃常数”（Hubble constant） —— 代表当今宇宙膨胀速率的值 —— 计算出的两个不同数值。

“哈勃张力是一种不匹配：一方面是基于标准宇宙学模型，将婴儿期宇宙的观测结果外推至今天，我们预期宇宙应有的膨胀速率；另一方面是我们观测附近宇宙时实际看到的膨胀速率，”巴尼克告诉我们。“这实际上是理论与观测之间的不匹配。”

简而言之，在局部、较近的宇宙中，星系和恒星似乎比哈勃常数预测的膨胀速度更快。这违背了描述宇宙如何生长和演化的标准宇宙学模型，同时也对宇宙的年龄提出了疑问，因为天文学家需要哈勃常数来推算自大爆炸以来已经过去了多少时间。

巴尼克认为“局部空洞理论”（local void theory）可以提供一个解决方案。他在皇家天文学会的一份声明中解释道，如果我们的银河系位于一个相对空旷的空间气泡（空洞）内部，引力会将附近的物质拉向空洞外部密度更高的区域。巴尼克说，随着空洞逐渐变空，远离我们的天体运动速度会比空洞不存在时更大，从而造成了局部膨胀速率更快的表象。

为了使这一理论成立，我们的太阳系需要位于一个直径约20亿光年的空洞中心附近，该空洞的密度比宇宙平均密度低约20%（需要明确的是，空洞并非完全真空 —— 它只是指该宇宙区域内星系和物质的数量低于平均水平）。这个理论上的低密度区域被称为“KBC空洞”（KBC void）。

多项研究支持其存在，其中包括巴尼克参与撰写的几篇论文。尽管如此，局部空洞理论仍然存在争议，因为这个空洞与标准宇宙学模型不符。该模型认为，构成当今宇宙的物质在如此大的尺度上应该分布得更加均匀。巴尼克告诉我们：“对于标准宇宙学模型来说，KBC空洞太大也太深了，我们随机发现自己身处这样一个空洞的概率大约是十亿分之一。”“因此我们需要调整模型，使得超过约一亿光年尺度的结构增长得比模型预测的更快。”

他最近的研究着眼于重子声学振荡（Baryon Acoustic Oscillations, BAOs）。这是散布在宇宙中的星系团密度分布上的一种“涟漪”模式。巴尼克将其比作大爆炸留下的声波。BAOs提供了一种独立的方法来测量宇宙的膨胀速率，以及该速率在整个宇宙历史中变化的速度。巴尼克认为，这些“声波”充当了一种标准尺，天文学家可以利用这把尺子的角大小来描绘宇宙膨胀的历史。

他和同事们考虑了近20年来所有可用的BAO测量数据。他们的工作表明，包含局部空洞的模型的可能性，比不含局部空洞的标准宇宙学模型高出约一亿倍。

这是强有力的证据，表明我们确实生活在一个宇宙空洞之中，但这还不是确凿的证据。巴尼克还在利用超新星数据研究局部空洞理论的一个主要缺陷。他解释说：“任何针对哈勃张力的局部或晚期解决方案都意味着，在更遥远的宇宙中，并不存在哈勃张力。”“而超新星数据似乎表明哈勃张力实际上一直持续到更高红移的区域。”

如果他能够找到证据证明哈勃张力在局部宇宙之外消失，那将是局部空洞理论的一个重大突破。不过就目前而言，这个宇宙难题仍将悬而未决。

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