微小孔隙演變為宇宙的超大空洞

我們的宇宙在超大尺度上是更加均勻的，儘管我們用肉眼看到的天體並非均勻地分布在整個太空，但是在宇宙學的尺度上，物質是接近均勻分布的。人們發現了宇宙背景溫度驚人的一致性，無論在哪個方向上測量微波背景輻射，都能得到絕對溫度為２.７K的數值。微波背景輻射各向各點的一致性證實了時空的均勻性。星系在宇宙學的尺度上「編織」成宇宙網，星系在整個宇宙網中的分布是接近均勻的，我們在地球上觀測天空，只要選擇相同的視線角度和視域面積，儘可能觀測更遙遠的星系，在「視域場」中都能看到相同數量的星系，比如：北半球和南半球的天區包含大致相同的星係數量和質量。

但是，我們的宇宙在大的和超大尺度上不是絕對均勻的。從第一批恆星誕生開始，宇宙逐漸形成了星系和星系團，超星系團和宇宙網，除了規則的星系以外，還有不規則的星系和大量的流浪恆星和行星，宇宙中的天體、氣體和塵埃在引力作用下呈現集中和分散的多樣分布，因此，恆星與恆星、行星與行星、星系與星系之前的距離大小不等，天體、塵埃和氣體的密度沒有形成各向各點一致性的分布。近幾十年來，天文學家發現：太空實際上充滿了比我們預期尺寸更大的空洞，這些宇宙的「空穴」曾經躲過了天文學家的視線，然而，要真正地理解宇宙的生存和生長狀態，我們除了將目光聚焦在太空中那些代表恆星等天體的明亮斑點以外，還要關注那些代表空洞的冷溫、黑暗、孤立、似乎什麼也沒有的暗斑。

天文學家在1981年發現的「牧夫巨洞」只是其中的一個空洞，它是北斗七星的鄰居，近似一個球型，直徑大約為2.8億光年，相比較一下，我們銀河系的直徑為10萬到20萬光年，牧夫座空洞是一個不折不扣的「超級空洞」，天文學家最早發現其中的一個星系，後來發現了幾十個星系，相比較一下，天文學家在銀河系的室女座超星系團中發現了2000多個星系，室女座星系團比牧夫座空洞的體積更小。我們的銀河系恰好不在牧夫巨洞中，否則愛德華·哈勃發現河外星系的可能性大為減少，也許我們還生活在「前哈勃時代」，認為銀河系就是宇宙的全部。哈勃看到的仙女星雲實際上是仙女星系，它是我們的鄰居星系，如果我們的銀河系恰好在一個超級空洞中，那麼哈勃發現鄰居星系的時間可能更晚。我們可以將空洞看成是宇宙海洋中的「大泡泡」，也可想像成我們在浴缸泡澡時翻湧的「肥皂泡泡」，從宇宙科學的角度來看，這些「超級泡泡」與宇宙網的結構有關，星系和星系團相互連接和交叉，就像用鏈條和纖維編織的宇宙之網，這是一張立體的「巨無霸」之網，一個個的「網眼」代表了宇宙的空洞。

宇宙空洞的存在說明物質在太空的分布不均勻，空洞中的物質密度非常低，甚至接近真空狀態，空洞形狀和大小的不同更能證明物質在太空分布的非均勻性。一些天文學家認為：空洞的形成與引力的不均衡性有關，空洞邊緣的引力大於空洞中心的引力，於是，在「引力差」的作用下，中間的物質向邊緣靠攏，形成一個空心區域。另一些天文學家認為：牧夫巨洞一類的空洞形體巨大與暗能量有關，暗能量是一種驅動宇宙膨脹的壓力，如果像牧夫座空洞一類的空洞在不斷加大的暗能量作用下持久地膨脹下去，那麼這些空洞遲早會消失，當宇宙的所有天體以微粒形式存在時，物質在太空的分布會達到近乎絕對均勻的狀態。我們的宇宙還不夠長久，來不及抹平宇宙中一切物質分布的不均勻性。

我們的宇宙在小的和超小尺度上是更加均勻的，宇宙微波背景輻射圖譜證明了早期物質和輻射的均勻性，但是，科學家在圖譜中發現了微小的不均勻性，它們非常小，只有十萬分之一左右，這種微小波動造成了小範圍內物質的聚集，最終演變成後來的星系。反過來看，今日宇宙已經形成星系和星系團、空洞和宇宙網，這種結構體系可以證明：宇宙在誕生的「夸克羹湯」中物質粒子的分布有不均勻性。哈勃的宇宙膨脹和古思的暴漲理論解釋了我們的宇宙為什麼變得越來越均勻，經過宇宙早期的暴漲，甚至有科學家提出了早期的「二次暴漲論」，早期物質粒子和輻射分布的不均勻性被急速地抹去了，有科學家計算出，宇宙的暴漲期只持續了10的負34次方秒，宇宙的體積卻急速地膨脹了10的26次方倍。古斯的暴漲論相當於預測了宇宙早期微小的不均勻性，而威爾金森各向異性探測器和普朗克衛星在背景輻射的精確測量中發現了這種微小起伏。

我們可以將宇宙在超大時空尺度上出現的空洞理解為「大氣泡」，將宇宙在微小時空尺度上出現的起伏理解為「小氣泡」，「大氣泡」反映了宇宙在超大尺度上物質和能量分布的不均勻性；「小氣泡」反映了宇宙在超小尺度上粒子和能量分布的微小差別，物質粒子和能量密度分布的微小差異經過宇宙的暴漲期和膨脹期之後變成了今日宇宙的星繫結構，因此，微小宇宙「小氣泡」的形成機制和超大宇宙「大氣泡」的形成機制之間存在「等效原理」，屬於一種關聯性的等效作用，暴漲和膨脹沒有完全抹掉微小宇宙的不均勻性，卻將這種起伏不定的微小差異放大到超大宇宙的尺度，這是一種連續變化的過程，引力和暗能量在其中發揮了關鍵作用，一些天文學家甚至認為引力可以在超大的宇宙物質結構中創造黑洞，同樣可以在微小的宇宙粒子結構中創生黑洞，這是一種宇宙原初的「微黑洞」，同樣可以認為，在「微黑洞」和超大質量黑洞的形成機制之間存在某種關聯性的「等效原理」，它們都是物質在超強引力作用下異常積聚的結果，異常的物質分布帶來了異常的引力，而異常的引力帶來了物質的異常分布。可以認為，今日宇宙充斥的空洞早在宇宙誕生的量子起伏和漲落階段已經埋下了「微空洞」的種子。

2016-10-20

(The formation mechanism of space voids between micro and macro universe in line with the 「equivalence principle」)

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