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宇宙没有上下左右之分。往哪个方向看,星系的分布大致一样多,物质的密度大致一样高。

宇宙没有上下左右之分。往哪个方向看,星系的分布大致一样多,物质的密度大致一样高。这条被称为“宇宙学原理”的规则,是现代宇宙学几乎所有模型的地基。大爆炸理论建在它上面,宇宙膨胀的方程式建在它上面,连宇宙的形状怎么算,第一步都是先假设它成立。

2026年6月24日,两位物理学家在《自然》(Nature)杂志发了一篇论文,说这方地基可能是错的。

论文的第一作者弗朗切斯科·西洛斯·拉比尼(Francesco Sylos Labini),供职于罗马的恩里科·费米研究中心。他和合作者马尔科·加洛波(Marco Galoppo)用的数据,来自暗能量光谱巡天仪(DESI)。这台装在亚利桑那州基特峰上的仪器,过去5年一直在给宇宙画三维地图,测量了海量星系的位置和距离,覆盖了不同时期的宇宙大尺度结构,是目前人类手里最详尽的宇宙测绘数据之一。

拉比尼和加洛波做了一件直觉上很简单的事:沿不同方向去看DESI拍到的星系,比较它们的分布是不是真的一样。结果发现,不一样。数据里存在大尺度的关联结构,定义出了特殊的方向。标准宇宙学模型预测的那个“各向同性”的宇宙,解释不了这些结构。

换句话说,宇宙可能有“纹路”。某些方向上的物质聚集方式,和另一些方向明显不同。

如果这是真的,影响面极大。宇宙学原理不只是一条经验总结,它是一个数学前提。宇宙学家用广义相对论去描述宇宙的演化时,方程式本身太复杂,不做简化根本解不动。而最关键的简化,就是假设宇宙在大尺度上均匀且各向同性。去掉这条假设,现有的宇宙学模型不是需要“修一修”的问题,而是地基要重浇。宇宙暴胀理论(认为大爆炸后宇宙经历过一段极端快速的膨胀)也依赖于此,因为暴胀的核心功能之一,就是解释宇宙为什么看起来这么均匀。

得克萨斯大学奥斯汀分校的宇宙学家凯瑟琳·弗里斯(Katherine Freese)没有参与这项研究,但她评价说,这篇论文可能在挑战“我们所有人工作中都在使用的宇宙基本脚手架”。

但质疑同样猛烈。

天体物理学家、西蒙斯基金会主席大卫·斯佩格尔(David Spergel)指出了一个硬伤:如果宇宙真的在大尺度上各向异性到这篇论文说的程度,那宇宙微波背景辐射(CMB,大爆炸留下的余晖,是人类拥有的宇宙最早期快照)里应该能看到比实际观测值大约100倍的波动。但我们没看到。CMB是宇宙学里被测量得最精密的东西之一,如果那里面藏着这么大的不均匀信号,几十年来不太可能一直被漏掉。

爱丁堡大学天文学研究所的宇宙学教授约翰·皮科克(John Peacock)更直接:这篇论文的主张,似乎与我们已知的关于宇宙大尺度结构的大量证据相矛盾,尤其是与DESI自己的数据得出的其他结论相矛盾。也就是说,同一批数据,DESI团队自己的分析和这两位作者的分析,指向了不同的方向。

拉比尼不是第一次提出类似的挑战。他长期主张宇宙的均匀性被高估了,物质的分布比主流模型承认的要复杂得多。他说:“在物理学里,没有哪个领域里最简单的方案恰好就是现实的。”这话本身没错,但在科学界,非凡的主张需要非凡的证据。

皮科克预计DESI合作组自己会着手验证这篇论文的结论。在那之前,“我不认为会有很多人被这篇论文说服。”

唯一确定的是,那张我们以为没有方向标的宇宙地图,被画上了一个问号。

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图为马亚尔望远镜上空的星轨,DESI 仪器坐落于此,图源:Luke Tyas/Berkeley Lab and KPNO/NOIRLab/NSF/AURA

信源:Howlett, Joseph. "Fundamental principles of the universe called into question by two physicists." Scientific American, edited by Claire Cameron, 25 June 2026