观测7年后发现，宇宙没有想象的那么“疙疙瘩瘩”

　　当我们抬头仰望星空的时候，用望远镜和肉眼看往往会呈现完全不同的画面，就像脚下的柏油路面，远看非常平整，凑近了瞧却是麻麻点点。

　　过去，在爱因斯坦广义相对论框架下，根据宇宙学标准模型预测，科学家认为宇宙早期经历了一个称之为“暴涨”的急速膨胀阶段，这一阶段的量子涨落造成了宇宙的密度涨落。随着宇宙的演化，涨落越来越大，宇宙也就慢慢地变得不那么均匀了。

　　近日有科学家宣布，经过为期7年的千度调查（KiDS），他们使用位于智利的欧洲南方天文台超大望远镜（VLT），观测了距离地球100亿光年的宇宙中超过3000万个星系。结果显示，宇宙的均匀性比宇宙学标准模型预测的要高出近10%。研究人员已经将相关论文提交给了《天文学与天体物理学》。

　　宇宙均匀性是什么？科学家又是怎样测量整个宇宙的均匀性？此次观测结果比模型预测高出10%意味着什么？深入探讨这些问题将有助于我们更好地认识身处的这片深邃宇宙。

　　人类为何关注宇宙的均匀性

　　现在用来描述大爆炸和宇宙进化的标准模型叫弗里德曼模型，其理论基础是爱因斯坦1915年发表的广义相对论。

　　广义相对论实质上是关于引力的理论。1922年，俄国物理学家亚历山大•弗里德曼将广义相对论应用于整个宇宙，建立了第一个宇宙模型。

　　也就是说，爱因斯坦的广义相对论和弗里德曼最初提出宇宙模型，演化成为一个共同的假设：宇宙是均匀和各向同性的。也就是说，宇宙在任何位置、任何方向上都应该是一样的。这一假设是现代宇宙学的基础假，也被称之为宇宙学原理。这一原理是否正确最终需要观测验证，综合星系计数、射电源计数和微波背景辐射等各种感测结果，这一原理的正确性是有保证的。

　　然而，当我们观测宇宙时，看到的却是另一幅景象：亿万颗恒星组成了星系，星系组成星系团，星系团又组成超星系团……甚至还有一个个星系组成的盘根错节的星系“链”。这样看来，宇宙到底是均匀的还不均匀的呢？

　　“如果把宇宙分成一个个大块，每个大块的密度是相对均匀的，但是每个大块内的物质又有结构。有的区域物质密度非常大，我们称之为核。有的区域密度非常小，我们把它叫做空洞。核与核之间还有丝状物质分布结构相连接。”中国科学院紫金山天文台冯磊副研究员告诉科技日报记者。“宇宙的物质分布就像是平衡态，各种天体结构就像是平衡态的涨落。”

　　科学家们认为，当初做出这一假设有两个原因：一是从实用的角度考虑，因为用来描述宇宙的方程太复杂了，如果宇宙不是均匀光滑的，求起解来非常困难，也就无法直观地描述观测的各个天体；二是因为当时观测手段的匮乏，当时的科技远远无法支撑人类对遥远宇宙空间的探索，没有人知道宇宙在大尺度结构上是什么样子的，这样一来，把宇宙设想成最简单的形式也就合情合理了。

　　在20世纪的大多数时间里，人们没有能力从观测上对这一假设进行验证。但随着观测技术的进步，我们能看到的宇宙区域越来越广，现在终于可以验证了。

　　观测尺度与暗能量非常关键

　　将来的某一天，人类或许可以飞出太阳系，譬如去距离太阳系最近的邻居半人马座来一趟说走就走的旅行。

　　但是，作为一名太空游的旅客，你可能会感到异常乏味，觉得这次旅游是很糟糕的决定，因为旅途中大部分时间都见不到一点物质的影子，尽管两地相距仅有4.2光年（合大约200亿千米）。

　　从科学上理解，这表示在相对较小的尺度范围内宇宙并非均匀。

　　那么，在大尺度范围内宇宙是否就一定是均匀的呢？有许多科学家认为，宇宙就像是海洋，从近处看波浪迭起，但从高空看全景图，却光滑如镜。

　　但是上世纪80年代，人们通过大范围的星系红移巡天(CfA红移巡天)观测发现：宇宙的均匀性与尺度有直接关系，即使从上亿光年的尺度上看，在宇宙空间里星系都并非均匀分布，呈现出许多空洞和纤维状的结构，只有到几十亿光年的尺度上星系分布才变得均匀。（来源：科技日报)