宇宙到底是个什么样？——最新宇宙模型
德国科学家称宇宙呈喇叭形状
证明宇宙有限
http://www.sina.com.cn 2004年04月16日 04:20 新京报
新京报综合报道 宇宙其实是像中世纪的喇叭一样的形状？这听起来有点象是超现实主义者的梦想，但是根据德国科学家弗兰克·斯坦的发现，宇宙的一端是伸展的并形成一个长漏斗，另一端则像是一个狭窄的管子。他的发现同时也可以说明宇宙是有限的。
2003年美国家航空和宇宙航行局威尔金森微波各向异性探测器发现了一些细节。这个探测器发现：在超过
60度以后就不会有特别明显的热或者冷的点了。
斯坦和他的同事声称有限的，喇叭形状的宇宙符合他们的观察。他们最新的宇宙模型有将近1032立方体光年。想到宇宙只有380000年的历史，它只是那个模型的一小部分，太小了而无法承受大的波动。
喇叭扩口端是有限的
根据这个模型，宇宙以一种很奇怪的方式弯曲着。一端无限的长，但却如此的狭窄使它成为一个有限的空间。另一端则像喇叭一样地张开，却不是无限的---如果你乘着太空船沿着扩口飞行，到某种时候你会发现你自己又回到了喇叭的另一端。
斯坦和他们同事们第一次发现这种想法符合威尔金森微波各向异性探测器的数据。在2003年，另外一批科学家也声称宇宙可能是有限的。
这批科学家的模型将宇宙形容成是一个英式足球式的形状。但是这种想法却在理论上说不通。如果宇宙真的是足球的形状，在微波空中它应该留下一条清晰的圆形的印迹，可是这些印迹似乎并不存在。可喇叭状理论却难以被推翻。
最小的点是小椭圆形
喇叭状理论还有另一个优势。在传统的宇宙论中宇宙是平坦的，那么在微波天空图上是最小的点应该是圆的。可是事实上它们不是。“如果你看着这些小的结构，你会发现它们看起来是椭圆形的。”斯坦说。而喇叭状宇宙学说正好可以解释这些。如果你看一下这个喇叭的任何一小部分，它都是像炸土豆片一样的鞍形的---在一个方向弯曲而在垂直的地方向上。这个“消极弯曲”的空间就像一个反常的透镜一样，歪曲了原始的圆点而使它们在我们眼里呈现成椭圆形。数学家可以建构无限个不同的弯曲空间，它们中的多数有一个或多个喇叭，而许多都是和数据相符合的。
喇叭状理论强迫科学家放弃“宇宙学原理学说”，这一理论认为宇宙的所有部分都是大致相同的。“如果一个人刚巧处在喇叭的窄端，那里看起来会是非常奇怪的二元。”斯坦的同事洪格尔说。很多观测仍模糊不清
喇叭的窄端是一个非常有趣的探测地点---但是我们可能离它太远了而无法用望远镜观测到。科学家的很多观测仍然是模糊的，然而，也可能会发现意外。在约一年后，威尔金森微波各向异性探测器和其他实验会探测大的点是否真的是缺失的，小的点是否真的是椭圆的。
如果他们果然如此，那就更证明我们的宇宙是喇叭形的。
宇宙形状像中世纪的喇叭？这可不是超现实主义的幻想，而是德国
Ulm 大学天文学家 Frank Steiner
根据观测最新资料的发现，宇宙的形状为一端扩展、另一端狭长的长漏斗状，此说也暗示宇宙是有限的。
2003 年 NASA威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)
发现宇宙背景辐射中的冷、热区斑在超过 60 度以上的大尺度结构上便不明显了。而漏斗状宇宙模型正符合这样的观测结果。Steiner
估计目前宇宙的体积为 1032
立方光年，但当宇宙 38 万年时（背景辐射反映之年代），它的体积远小于此，无法容纳大的波动结构。
根据这个称为 Picard topology
的模型，宇宙一端无限长，但因非常细窄所以空间有限，另一端则像喇叭一样扩张，但却不是无限，如果乘宇宙飞船沿着扩口一直飞行，会发现又回到喇叭扩口的另一端。
漏斗状宇宙模型在 1990 年代因应
COBE 的探测结果而被提出，但 Steiner
的研究是第一个符合 2003 年 WMAP 观测资料的模型。2003
年时数学家 Jeffrey Weeks 也曾提出宇宙为足球状的有限模型，但是这种想法却在理论上说不通，如果宇宙真是足球状，在微波天空中应留下清晰的圆形迹象，但在观测上这种结构似乎并不存在。
漏斗状模型则难以被推翻，它的另一个优势为，在传统的宇宙模型中宇宙是平坦的，那么在微波天空图上是最小的点应该是圆的，但事实上却是椭圆形，而漏斗状模型正可解释这些椭圆结构，在天空每个方向都是鞍形的，原始呈圆形的结构投影在鞍形的空间上便呈现成不同的椭圆形。数学家可以建构出无限种不同的负曲率空间，其中大部分都有一个或多个漏斗状，而且许多都和观测资料相符，其中最简单的模型就是
Picard topology。
漏斗状模型将强使科学家放弃认为宇宙各部分均大致相同的宇宙学原理。如果处于漏斗的窄端，那里看起来会是非常奇怪的二元空间，那里会是一个非常有趣的地方，你可以直接看到自己的后脑杓，但我们离该处太远，无法用望远镜观测到那里的状况。
不过目前许多观测结果仍是模糊不确切的，这些也可能只是统计误差上的错觉。在未来一年中，WMAP
和其它观测将可检定是否真的没有大的背景辐射起伏区块存在，而小的区块又是否真为椭圆形。如果真是如此，那么漏斗状宇宙模型将获得更进一步的肯定。
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宇宙是个大喇叭？
新华网 （2004-04-27 16:40:05） 来源：国际先驱导报
宇宙是“足球”？是“喇叭”？自从那个名叫WMAP的美国探测器升空以来，关于宇宙形状的各种奇特观点竞相提出。
美国数学家杰弗里·威克斯的最新宇宙模型令科学界震惊：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫；宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过"返转"效应无限重复映现自身。
根据美国国家航空航天局2001年发射升空的WMAP宇宙微波背景辐射探测
器获得的资料，威克斯推断，宇宙其实是有限的，相对说来其实并不大，大约只有70亿光年宽度，形状
为五边形组成的12面体，有如足球。人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展。《新科学家》杂志报道了威克斯的推断。
WMAP探测器用于探查宇宙大爆炸“大火”遗留下来的热量痕迹--弥漫于整个宇宙的微波背景辐射，此种“余热”温度很低，约在绝对零度以上3度。虽然宇宙微波背景辐射弥漫于整个宇宙，但并不是到处完全均匀，而是有一些波动，如同大海总在波浪起伏一样，形成一圈圈微波背景辐射“涟漪”。探测这些“涟漪”的大小和强度，可推定宇宙早期的情况，也可以推定现今宇宙有多大。
如果宇宙是无限的，那么就会有各种大小的宇宙微波背景辐射“涟漪”。而WMAP观察到了较小规模的微波背景辐射“涟漪”，这和无限宇宙理论推测的几乎一致，但是大尺度范围的“涟漪”却没能观察到。在大尺度上，微波背景辐射“涟漪”似乎被“抹平”了。这一点意味着：宇宙可能是有限的。其道理就像在澡盆中掀不起巨浪一样，在一个有限的宇宙中也不会有无边的“涟漪”。而威克斯的比喻是：“正像一口钟的震动不会比这口钟本身还大一样，宇宙中的任何波动也不会比宇宙本身还大。”
威克斯及其合作者认为，根据WMAP获得的观察资料看，宇宙不仅是有限的，而且相对较小，直径不过70亿光年，并具有一种奇特的性质，即能够把自身反射回去。尽管宇宙是有限的，但它没有具备任何性质的边界。如果一艘太空船像光一样笔直前行，最终它将回到出发点，就像环绕地球航行一样，没有任何一个点标志着你在哪里“重返”。
由于这种奇异效应，从一个星系发出的光将沿着两条不同的路径抵达地球，在地球上的观察者看来，同一个星系将出现在天空中的两个不同地方，而误认为是两个不同的星系，具有不同的年龄。这就如同一个镜子迷宫，其中每一样事物都会有许多镜像。但是，要确认两个在不同地方的星系影像其实是同一个星系却比登天还难，威克斯说：“这就像是要在数十亿拥挤的人群中认出从正面看是50岁的样子、从头顶俯视则是7岁模样的两个人影是同一个人一样。”
威克斯用12个完全相同的五边形组成的、像足球一样的12面球体来描述这样的宇宙。他认为，这是对WMAP观测资料的最好解释。用计算机模拟，这种模型能在不附加任何条件的情况下产生和WMAP所观测到的宇宙微波背景辐射“涟漪”一样的图样。威克斯说：“它和WMAP获得的资料惊人地契合。我都不敢相信，结果比我想像的还要好。”
威克斯认为，由于宇宙存在“返转”效应，我们观察到的宇宙其实是一种幻觉，这个12面体在无休无止地重复映现它自身，如果你从其中一个五边形中走“出去”，你将从其另一面重新回到同一个地方，并一再观察到同样的天空、同样的星系。
现在，德国乌尔姆大学的弗兰克·施泰纳领导的科研团队也根据WMAP收集的资料，提出一种新的宇宙模型：宇宙很可能像是中世纪长号一样的巨大喇叭，一端无限长而狭窄，渐渐过渡到另一端豁开口来。
这种令人匪夷所思的形状也属于有限宇宙模型。英国《新科学家》杂志4月14日最新一期报道了他们的这一宇宙新观点。
实际上，类似的喇叭形宇宙模型早在20世纪90年代就提出来了，当时是以这种概念来解释另一颗太空观察卫星COBE观察到的类似的奇异现象。施泰纳的团队则是第一次用这个概念解释WMAP获得的观察资料。
过去，足球形宇宙模型也是为了解释WMAP获得的观察资料，但这个模型碰到了麻烦。根据这个模型，在微波太空图中应有清晰的特别印记，即由冷热点图样相互映照所形成的一圈圈“涟漪”，但这样的“涟漪”似乎并不存在。
可惜相较之下，喇叭形宇宙模型更难判断是否成立，因为这样的宇宙也要能产生相互关联的“涟漪”。但是，其图样取决于我们身在“喇叭”的何处。
根据喇叭模型，宇宙空间弯曲成这样：一端无限地长，但又无限窄；另一端则豁开，但又不是无限豁开。如果你能驾驶宇宙飞船前往豁开的这一端，会发现到达某一点后你将沿喇叭形宇宙的另一边往回飞，就像一只蚂蚁爬过一张纸的最顶端，又从纸的另一边往回爬。
如果往喇叭形宇宙的窄端方向运动，只要深入足够远，那么事物将看来非常奇怪：只有两个很小的维度。在某一个极遥远点上，你甚至可以看到你的后脑勺！当然，这是一个非常值得探究的地方，但我们也许距离这个窄端太远，不可能用望远镜去验证。
出于偶然计算错误？
如果喇叭形宇宙模型真成立的话，那么人们就不得不放弃认为宇宙各部分基本一样"宇宙原理"，而承认宇宙各部分是大不一样的。
但是，支持此模型的关键观察事实目前尚含糊不清，而且可以有多种解释，甚至可能是数据统计分析过程中发生的偶然错误造成的。
在未来一两年，科学家将利用WMAP及其他实验设备确认宇宙微波背景辐射在大尺度空间是否真的没有冷热差异，以及小尺度的冷热点是否真是椭圆形（这是喇叭宇宙模型成立的关键）。如果得到确认，那就很可能意味着宇宙形状或许真的很奇特。当然，宇宙也有可能就是大大的、无甚奇特的、无边无际的均匀球形或“无形”。就科学探索过程和当代宇宙学状况来看，宇宙形状问题允许人们有各种奇特或平淡的猜想，一切都不是定论，毕竟连"宇宙大爆炸"也还是假说而已。
背景知识：宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射是“宇宙大爆炸”所遗留下的布满整个宇宙空间的热辐射，反映的是宇宙年龄在只有38万年时的状况，其值为接近绝对零度的3K。宇宙微波背景辐射总体是均匀的，到处都差不多，没有太大的起伏变化；但是细看又有一定的差异（波动），有的地方温度稍高，有的地方温度稍低。仔细分析宇宙微波背景辐射中一个个热点和冷点的差异所构成的图样就可以获得宇宙演化的大量信息，揭示宇宙奥秘。
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美科学家：宇宙有限且直径为1560亿光年
http://www.sina.com.cn 2004年05月26
来自美国蒙大拿州立大学的天体物理学家尼尔-科尼什与其同行们近日对宇宙直径做出了新的评估：1560亿光年。
科学家们在这项新的研究工作中对宇宙微波环境内微弱的振动进行了缜密的分析研究，而正是这种微波环境给科学家们提供了有关宇宙结构的信息。
科学家们从事此项研究的一个主要目的就是要找到所谓的"镜室"存在的标志，而所谓的"镜室"则只是一个解释宇宙结构假想的比喻而已。现代宇宙认识论认为，宇宙是有限的，其内部空间也是封闭的，穿越宇宙的光最终还是要回到光源，就好似光线在一个装满镜子的房间内来回穿梭。
假设事实真是如此，同时假设宇宙目前正处于40亿岁的青春时期的话，那么我们就能够研制出一架性能足够完美的天文望远镜来从宇宙的另一头观看我们的地球(如果上述宇宙年龄假设成立，那我们的地球则只能算是一个刚刚出世的婴儿)。
然而，宇宙的年龄事实上已经很老了，根据天文学家们近期的推测，它至少应该已经有147亿岁，因此我们直接观看光线在宇宙间来回穿梭事实上也已不可能了。
但是，科学家们认为他们能够根据微波环境的特性来间接地认识和研究宇宙。科尼什教授表示，虽然没有找到直接的证据，但这并不意味着镜面效应就不存在，也不代表宇宙就真是“无边无垠”的。
尼尔-科尼什还表示，如果我们的设想正确，并且如果我们的研究没有犯根本性的错误，那么我们就能计算出宇宙的直径，它应该是1560亿光年。(编译/久亮)