宇宙真的有「牆」？不是你想的那樣！

上個月（2018年10月），一則「科學家發現了宇宙牆」的「新聞」開始在網上流傳。這些「新聞」來源不明，大多數並未署名，每篇文章也略有不同，不過意思都差不多。

照其說法，「義大利的科學家們在離地球一百億光年之外的波江座里，發現了一條橫跨35億光年的真空帶，也就是所謂的宇宙牆。在其內部，不說星團、星球了，連點暗物質都沒有，像一堵牆一樣，為宇宙划出了邊界......我們的宇宙被一堵牆包圍著。一種可能是，我們是由某種更高的文明培育起來的試驗場。」這些報道說他們引述的是國際科技雜誌《新科學家》(New Scientist) 的報道。

圖1 在網上搜索「宇宙牆」的結果

這如果是真的，那真可謂是轟動全球的發現，我的一些朋友紛紛轉發，甚至有比較專業的紙媒在其公眾號每天發布的科技新聞中也引述了，雖然該報編輯謹慎地刪去了「我們是由某種更高的文明培育起來的試驗場」這種過於科幻的說法。

但其實這整個故事完全是一個假新聞：其始作俑者不知是誰，那些文字略有不同的「報道」大概也都是相互抄襲的，而其內容則是通過在一個真實但並不驚人的科學新聞里塞進大量誤解和臆想的內容後炮製出來的。

圖2 某篇報道「宇宙牆」的新聞中的一幅配圖

我們先來看看這則假新聞所引用的《新科學家》雜誌的報道。查閱該雜誌2018年10月的新聞報道，可找到該雜誌在2018年10月17日出版的新聞中，提到科學家們發現了一個被命名為亥伯龍神（Hyperion)的巨大原超星系團(proto-supercluster)，打破了形成最早、質量最大的紀錄，並配發了歐洲南方天文台（ESO）發布的圖片。

其實，早在上世紀80年代，天文學家們就在觀測中發現了這種由許多星系組成的、長條形的大尺度結構，被天文學家們戲稱為 great wall ，可以譯為星系長城或者星系之牆（國內當時一般翻譯為「巨壁」）。

這樣的結構並沒有什麼太神秘的性質，以往也已經發現很多次了，算不上什麼特別重大的新發現。這一次發現的創新性，主要體現在比以往發現的類似結構更大、形成更早。大多數英文媒體（包括《新科學家》）的報道也主要是強調這一點，而並非中文假新聞中那樣說這是宇宙邊界之牆。

不過，有趣的是，我發現了幾個出現較晚的英文報道，內容和以上中文錯誤報道很類似。發表這幾個英文報道的媒體都有很多關於中國的報道，也許就是華人辦的，因此他們大概是被中文媒體帶歪了。

另一個有趣之處是，這些假新聞中都配了許多看上去十分神秘的天文美圖，儘管這些圖與內容並不相關，但卻就是不放這張《新科學家》配發的這一天體本身的圖片，大概是這張圖片過於寫實，讓人看後頓時沒有了神秘感吧。

圖3 亥伯龍神超星系團 （ESO)

那麼，這種所謂的宇宙牆或者說星系長城到底是什麼東西呢？發現最大、最早的星系長城又有何意義呢？研究宇宙中物質如何分布是宇宙學的一項重要內容，宇宙中星系的分布並不完全是均勻的，而是有的地方密集一些，有的地方稀疏一些。

按照萬有引力定律，密度高的地方有更強的引力，會把周圍的物質吸引過去，而稀疏的地方引力較小，它裡面的物質就更容易被周圍密度高的地方吸走。因此，密的地方就會越來越密，稀的地方越來越稀，宇宙會從微小的隨機擾動開始，逐步形成複雜的纖維狀結構，這種過程現代宇宙學家們可以使用計算機模擬出來，下圖所示的就是一個模擬中的宇宙大尺度結構。

圖4 數值模擬形成的星系大尺度結構( V. Springel）

所謂星系長城，其實就是其中的一些纖維狀結構。不過，按照現在標準的宇宙學常數-冷暗物質模型(LCDM)的理論預言，這種結構是從小到大、逐漸形成的，因此在宇宙比較早的時期形成的結構應該是比較小的。如果在宇宙早期就發現非常大的結構，那就說明現有的理論很可能有錯誤，或者至少是不夠全面的。

因此，觀測天文學家們一直在致力於找到更早、更大的星系長城，以便更嚴格、深入地定量檢驗現有的宇宙學模型。正因為這樣，也不時會有「發現最大結構」的新聞。《新科學家》在此之前也多次報道過類似的科學發現。

不過，亥伯龍神超星系團位於天空中六分儀座的方向上(星座里的恆星都在銀河系裡，天文學家提到某某天體在某個星座時只是說這個天體在那個星座的方向上，而不管距離遠近），並不在這篇報道中提到的波江座方向上，這又是怎麼回事嗎？難道這一報道另有所本?

進一步的檢索發現，原來早在2007年11月21日，《新科學家》發表過一篇題為「巨洞：另一個宇宙的印記」（The Void: Imprint of another Universe) 的文章，很可能就是這些「宇宙牆」之說的源頭。

圖5 宇宙微波背景輻射溫度圖 ，用圓圈標出的就是波江座的冷斑

這篇文章介紹的是當時的一個發現。天文學家們在分析宇宙微波背景輻射數據的時候，在波江座方向上發現了一個5度大小的冷斑——這裡宇宙微波背景輻射的溫度比平均溫度低大約十萬分之二點五——儘管這個差異似乎並不大，但也遠遠超過了隨機漲落的大小。

一些宇宙學家提出了產生這一巨大冷斑的一種解釋：在這一方向上存在一個巨大的低密度區，當宇宙微波背景輻射的光子從遠處向我們飛來時，如果它們經過這一低密度區。由於低密度區引力場的變化，飛過的光子能量就會有所降低，我們在這一方向上就會看到一個巨大的冷斑，這被稱之為積分薩克斯-沃爾夫（ISW）效應。天文學家們在分析這一方向的星系巡天數據時，真的發現了一個巨大的低密度區，或者叫巨洞(void)。

巨洞的出現並不奇怪，比如在圖4顯示的大尺度結構模擬中，就可以看到很多巨洞。和星系長城一樣，這是萬有引力作用下結構演化自然形成的。

這些巨洞周圍環繞著一些星系長城，但它們並不是如假新聞中所想像的那樣，如同一堵牆那樣把巨洞和宇宙的其它部分分隔開來，實際上空洞有點像海綿中的洞洞一樣，每個巨洞都連著多個其它巨洞。另外，巨洞也是相對的，很多巨洞中並不是一個星系都沒有，只是相對比較稀少而已。

圖6 某些人錯誤理解的「被宇宙牆包裹起來的宇宙」

不過，正如星系長城的形成一樣，巨洞也是隨著時間越來越大的，因此如果在宇宙早期就形成特別大的巨洞，同樣是和標準理論相矛盾的。《新科學家》雜誌2007年的報道，就是因為當時科學家們發現這個巨洞實在太大了，根據標準模型的計算難以形成這麼大的巨洞，因此有些科學家提出了一些新奇的解釋——比如一個平行宇宙與我們的宇宙在某個地方發生碰撞，從而產生這種巨大的結構。

在科學上，超出尋常的說法需要超出尋常的過硬證據，因此對於科學家們而言，這還只是一種能自圓其說但未必正確的假說而已，除此之外也有多種更平常的解釋。但是，許多國內外的小報和自媒體是把它當真了，有不少相關的網文引用這一報道。

實際上，後來在2016年，一些科學家使用了新的數據並採用了改進的方法進行分析後發現，觀測與標準模型的差異並不像原來想像的那麼大，仍可用標準模型解釋。當然，我們也不必非要否定這種「腦洞大開」的解釋，但至少就目前看來，上述觀測並不一定需要多麼奇特的理論解釋，而完全可以在現有模型的框架內加以理解。

我猜也許本次假新聞的炮製者在了解到《新科學家》即將做出關於星系長城相關報道的消息後，上網一查，於是把以往的這些小道消息匯總成了這篇聳人聽聞的假新聞。

同時，由於他們誤解了「巨洞」和「牆」這些詞的含義，於是就想像出了一個完全被牆包裹著的、空無一物的神秘宇宙來了。這倒也可以作為一個科幻小說的題材，不過可惜並不是我們實際生活的宇宙。

來源：中國科學院國家天文台

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