科学松鼠会 巨型天体结构是另一个宇宙的入侵者？

斯隆数字巡天已经完成了有史以来最详细的宇宙三维图，有科学家正在计划研究其中的红移数据库，来寻找支持这一理论的证据。这将会是证明我们的宇宙并不唯一的重要证据，它不仅能解释天文观测中一些令人困惑的结果，还能为抽象的弦理论打下实验的基础。

这似乎是一个惊人的大胆建议，但它却是建立在坚实的理论基础上的。一方面，超越4维时空的额外维度并非是什么新鲜事。几十年来，许多理论物理学家们认为，额外维度的存在是我们调和爱因斯坦的广义相对论和20世纪物理学其他成就——量子理论——的最大希望。前者描绘的是大尺度上的现象，后者描述的则是微观世界，这两个看似完全不同的概念之间的联姻会催生出一个可以描述宇宙各个尺度的理论，它常被称为“终极理论”或“万物理论”。

那么，这又是如何有助于解决宇宙学原理的问题呢？为了测量遥远天体的距离，天文学家利用一种效应，被称为红移。使用分光计，天文学家可以分解天体所发出的光，揭示出其中的谱线。由于宇宙的膨胀，正在远离我们的任何天体所发出的光都会被拉长，其谱线就会向光谱的红端移动。越远的天体，其退行的速度就越快，其红移的量就越大。如果天文学家看到许多天体都具有相同的红移，会将此解释成某种形式的结构，就像γ射线暴环或者是巨类星体群。

一个热门的候选者是M理论，它是弦理论的一个扩展。M理论认为，我们生活在一个11维的宇宙中，其他的7个维度紧紧地蜷缩在一起而无法被观测到。这是一个优雅且在数学上吸引人的框架，有一批有影响的支持者。但它也有一个重大缺陷：缺乏可以用来检验的坚实预言。对弦理论的另一种推广，被称为膜理论，则也许可以做到这一点，并就此解决宇宙学原理的困境。

虽然其他的膜也占据着额外维度，但它们无法被直接探测到。该理论认为，我们也许只能探测到当邻近的膜与我们所在的膜相交叠时所出现的效应。

和类星体群一样，超巨洞也被认为可以与宇宙学原理相调和。宇宙学原理并没有说不允许任何地方出现涨落，而是说宇宙在大尺度上的平均意义下是均匀的。总之，发现类似超巨洞这样的结构其概率并非为零，但数量不会很多。

在充满宇宙的星系网中有一个巨大的空洞。由类星体所构成的一根巨弦可以跨越数百亿光年。一个由剧烈爆发所构成的环形占据了可见宇宙的6%。随着对宇宙观测能力的日益强大，天文学家们开始识别出比此前已知的还要更为巨大的结构。对此只有一个问题：它们中任何一个都不应该存在于那里。

在现代宇宙学中有一个魔咒，它就是宇宙中的“受青睐区域”。自文艺复兴以来，所有的科学想法都一直在反对这个概念。“受青睐区域”会使得用爱因斯坦的广义相对论来研究引力在宇宙演化中的作用变得更加困难。如果你假设宇宙几乎是均匀的，那么求解爱因斯坦的方程就会容易得多。不过目前，宇宙学原理仅仅是一个假设。没有具体的证据能佐证它是正确的，反倒是确实越来越多有证据来否定它。