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既然宇宙中的所有天体都有旋转,那宇宙是转还是不转?

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自转又可以称为转动,是物体围绕其旋转中心(或点)做一个圆形运动的现象。三维的物体总是可以围绕(一种被称为)旋转轴的无数个虚线自转。如果轴穿过其物体的整个质量中心,就可以可称该物体在自转。如果是物体围绕一个外部点(例如地球围绕太阳)的自转,则可称为公转或轨道自转,这通常是在引力作用下产生的。

对于我们每一个人来说,一天都是24个小时,这是地球的自转决定的。除了自转以外,地球还有公转,围绕着太阳,大约每365天可以旋转一圈。

而太阳也是在自转的,平均每25天左右自转一圈。同时,太阳也是在进行公转的,它带领着整个太阳系围绕着银河系的中心公转,每2.5亿年左右完成一次公转。

对于这个银河系来说,自转也是一种不得不遵从的宇宙法则——太阳系的公转就是银河系自转的一个体现。与此同时,它也在本星系群内做着运动。

那么,既然宇宙中的所有天体都有旋转,是否意味着宇宙也处于旋转的状态呢?

按照上面的思路来考虑,确实是这样没错。不过,当旋转的问题上升到宇宙的级别,就不是那么简单了,还涉及到了很多方面的内容。

目前来说,这个问题的主流看法恰恰和上面的思路相反,科学家普遍认为宇宙是不旋转的,这首先和爱因斯坦的广义相对论是比较符合的(注意,只是比较符合,广义相对论也不是完全否定宇宙旋转的情况)。同时,很多观测结果也让我们得出了这个结论。

事实上,宇宙是否旋转,和另一个问题是等价的,那就是——宇宙是否有各向同性,也就是说,当我们朝宇宙的不同方向上看去,看到的宇宙是否都是一致的。

根据目前的观测来说,宇宙确实有各向同性。不论我们站在地球的哪一个位置,观测哪个方向的宇宙,虽然星星的分布“图案”并不一样,但是从数量、退行速度、宇宙尺度等方面来说,并没有多少差别。

同时,根据宇宙微波背景辐射来看,宇宙各个方向上的温度也都高度一致,仅有1/1000摄氏度的差异。

因此,有一项研究认为,宇宙有95%的可能性是非常均匀的。另一项研究甚至认为,宇宙有各向同性的几率高达120000:1。

这意味着,宇宙很可能是不旋转的,因为,如果宇宙旋转,势必会导致一些扭曲,想一想你家水槽里倒进去水时的漩涡就可以理解了。然而我们并没有发现宇宙的“扭曲”,所以很多人相信,宇宙是并不旋转的。

同时,如果宇宙旋转的话,它应该有一个自转轴或者旋转的中心,这个自转轴或者中心又在哪里呢?

然而,问题在于,观测方面的确给了科学家足够的理由去相信宇宙不旋转,但是理论方面,我们无法完全证明这个现象。

在2020年6月1日召开的美国天文学会年会上,美国堪萨斯州立大学(Kansas State University)的研究团队发布了他们的最新研究成果。通过分析二十多万个旋涡星系的自转方向,他们发现了这些星系的自转之间的奇特联系和宇宙结构。

这些不寻常的联系所形成的结构可能暗示着宇宙也在自转。

这项新研究与先前对宇宙大尺度结构的理解相矛盾。几十年来,科学家一直认为宇宙没有朝着特定的方向扩展,其中的星系也没有特定的结构分布。

但是这项新研究表明,在宇宙中普遍存在的旋涡星系的自旋的方向似乎显示出特定的结构。而这必须通过大量分析天文观测数据才能发现。

“应用数据科学的方法不仅可以节约天文学研究的成本,而且还使我们能够以完全不同的方式观察宇宙,”堪萨斯州立大学的Lior Shamir教授说,“旋涡星系的分布所表现出的几何结构很清晰,但是只有在分析大量星系时才能观察到。”

漩涡星系的自转方向取决于观测者的位置。如果在地球上看到一个星系按顺时针方向旋转,那么从银河系对面的另一个星球上看它就是在逆时针方向旋转。

如果宇宙没有特定的结构,那么科学家期望看到每种方式旋转的星系数目大致相等。但是,新研究数据表明事实并非如此。

科学家使用人工智能对通过望远镜拍摄到的上亿个星系的图像进行分类,并了解它们的旋转方式。

他们发现,逆时针和顺时针旋转的星系数量有所不同,相差大约2%。然而,由于科学家分析了大量的星系样本,因此这种差距应该只有四十亿分之一。

而且,旋转的差异似乎在随着距离变化。如果星系离地球越远,这种自转方向的差距就越大。这意味着早期的宇宙可能在更规则的自转,并且混乱程度更低。

Shamir教授说:“数据分析中没有任何错误或污染会通过这种独特,复杂和一致的方式表现出来。即使我们使用两次不同的巡天观测数据中完全不同的星系样本,我们还是得出完全相同的模式。没有统计错误可以导致这种情况。这说明我们生活的宇宙就是这个样子。”

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