宇宙空洞,指的是星系數(shù)量和物質(zhì)密度都遠(yuǎn)低于宇宙平均水平的廣闊區(qū)域,它們并非絕對(duì)的真空,其中仍舊漂浮著稀疏的氫氣、暗物質(zhì)粒子以及少數(shù)孤獨(dú)的星系,但與星系密集的區(qū)域相比,這里的物質(zhì)密度顯著低于平均值,構(gòu)成了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中最空曠、最安靜的單元。
如果說星系、星系團(tuán)和超星系團(tuán)是構(gòu)成宇宙這張巨網(wǎng)的“纖維”和“節(jié)點(diǎn)”,那么宇宙空洞就是這張網(wǎng)中一個(gè)個(gè)巨大的“孔洞”,它們占據(jù)了宇宙總體積的絕大部分,是宇宙中最主要的構(gòu)成部分。
要理解宇宙空洞的起源,我們需要將時(shí)間的指針撥回到138億年前的宇宙大爆炸之初,在那一刻,宇宙是一個(gè)溫度和密度都高到無法想象的奇點(diǎn),大爆炸后,宇宙迅速膨脹并冷卻,但物質(zhì)的分布并非絕對(duì)均勻。
在量子漲落的影響下,早期的宇宙中存在著微乎其微的密度波動(dòng),有些區(qū)域的物質(zhì)密度,比平均值高出那么一點(diǎn)點(diǎn);而另一些區(qū)域,則比平均值低那么一點(diǎn)點(diǎn),正是這微小的初始差異,在引力的導(dǎo)演下,上演了一場持續(xù)了138億年的“馬太效應(yīng)”:
那些密度稍高的區(qū)域,其引力也稍強(qiáng)。它們會(huì)不斷地吸引周圍的物質(zhì),包括普通物質(zhì)和暗物質(zhì)。隨著時(shí)間的推移,這些區(qū)域像滾雪球一樣,變得越來越大、越來越密,最終形成了我們今天看到的恒星、星系、星系團(tuán)乃至超星系團(tuán),構(gòu)成了宇宙網(wǎng)的“纖維”。
與此同時(shí),那些初始密度稍低的區(qū)域,其引力較弱,無法留住自身的物質(zhì)。它們不僅無法吸引外部物質(zhì),其內(nèi)部的物質(zhì)還會(huì)被周圍高密度區(qū)域強(qiáng)大的引力“虹吸”走。這些低密度區(qū)域,就如同被周圍的“引力山脈”不斷拉伸和掏空的“山谷”,變得越來越空曠,范圍也越來越大,最終逐步演化成了今天的宇宙空洞。
因此,宇宙的大尺度結(jié)構(gòu),由星系長城和宇宙空洞構(gòu)成的“宇宙網(wǎng)”,正是引力作用于早期宇宙微小密度波動(dòng)的必然結(jié)果。宇宙空洞并非后來才出現(xiàn)的,而是與星系一同誕生、一同演化的宇宙“孿生兄弟”。
KBC空洞是目前已知的、我們本地區(qū)域最大的宇宙空洞之一,其直徑大約有20億光年,是宇宙平均空洞大小的數(shù)倍。這是一個(gè)令人咋舌的尺度,意味著光都需要花費(fèi)20億年的時(shí)間才能從它的一端穿越到另一端。
而最令人震驚的是,后續(xù)的研究表明,我們所在的、包含了銀河系、仙女座星系以及數(shù)萬個(gè)其他星系的拉尼亞凱亞超星系團(tuán),其整體都身處于這個(gè)巨大的KBC空洞之中。更準(zhǔn)確地說,我們的銀河系,就處于這個(gè)巨型空洞的邊緣區(qū)域。
這個(gè)發(fā)現(xiàn),為我們提供了一個(gè)全新的、略帶孤獨(dú)感的宇宙視角,我們并非生活在一個(gè)物質(zhì)繁盛的“宇宙都市”里,而是居住在一個(gè)相對(duì)偏遠(yuǎn)的“宇宙郊區(qū)”,甚至是一個(gè)廣闊“無人區(qū)”的邊緣。我們周圍的星系密度,遠(yuǎn)低于宇宙的平均水平。
費(fèi)米悖論的眾多解釋,大多從生命誕生、文明發(fā)展或星際航行的難度出發(fā)。但KBC空洞的存在,提供了一個(gè)簡單的、基于“地理位置”的解釋:
如果一個(gè)文明的誕生和發(fā)展,更傾向于在物質(zhì)和能量更為集中的高密度區(qū)域,即星系長城或星系團(tuán)的核心區(qū)域,那么宇宙中的絕大多數(shù)智慧文明,可能都集中在那些“繁華都市”里,而我們,作為一個(gè)生活在偏遠(yuǎn)“郊區(qū)”的文明,與它們之間的物理距離被巨大的宇宙空洞隔開,這自然使得我們更難與它們進(jìn)行接觸或探測到它們的信號(hào)。
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