科学探索|计算星系运动以解决宇宙学难题将狭义相对论付诸实践计算星系运动以解决宇宙学难

研究宇宙的科学家们有一个被称为"平庸原则"的最受欢迎的哲学，它在本质上表明，与宇宙的其他部分相比，地球、太阳或银河系确实没有什么特别之处。现在，科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）的新研究为"平庸"的论点增加了另一个证据。平均而言，相对于早期宇宙，星系是处于静止状态的。该校天体物理学教授杰里米-达林于2022年5月26日在《天体物理学杂志通讯》上发表了这一新的宇宙学发现。

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这张由美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜拍摄的2003年9月至2004年1月的照片合成的图片显示了宇宙最深的可见光图像中的近万个星系，横跨数十亿光年。图片来源：NASA、ESA、S. Beckwith（STSCI）、HUDF团队提供。
"这项研究告诉我们的是，尽管我们认为自己处于一个有趣的运动中，但这与我们对宇宙的一切了解是一致的--这里没有什么特别的事情发生，"达林说。"作为一个星系或观察者，我们并不特别。"
大约35年前，研究人员发现了宇宙微波背景，它是宇宙大爆炸期间形成的电磁辐射。宇宙微波背景在我们运动的方向上显得比较温暖，在远离我们运动的方向上显得比较冷。
从这个早期宇宙的光芒中，科学家可以推断出太阳--以及围绕它运行的地球--正以一定的速度向某个方向运动。研究人员发现，我们推断的速度是光速的几分之一，很小，但不是零。

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天体物理学教授杰里米-达林研究星系演变、大质量黑洞、恒星形成和宇宙学。信用：科罗拉多大学博尔德分校
科学家们可以通过计算从地球上可见的星系或将它们的亮度相加来独立检验这一推论。他们能够做到这一点，主要得益于阿尔伯特-爱因斯坦1905年的狭义相对论，该理论解释了速度如何影响时间和空间。在这个应用中，一个在地球上的人朝一个方向--与太阳和地球移动的方向相同--向宇宙望去，应该看到更明亮、更蓝、更集中的星系。同样，从另一个方向看，这个人应该看到更暗、更红、间隔更远的星系。
但是，当研究人员近年来试图计算星系时--这是一个难以准确做到的过程--他们得出的数字表明，太阳的运动速度比以前认为的要快得多，这与标准的宇宙学是不一致的。
达林说："在整个天空中计算星系是很难的，你通常只能在一个半球或更小的范围内计算。而且，除此之外，我们自己的星系也会碍事。它的尘埃会使你找到更少的星系，并且当你接近我们的星系时，会使它们看起来更暗。"
【科学探索|计算星系运动以解决宇宙学难题将狭义相对论付诸实践】达林对这个宇宙学难题感到好奇和困惑，所以他决定亲自调查。他还知道有两项最近发布的调查可以帮助提高星系计数的准确性--并揭示出速度之谜：一项是位于新墨西哥州的甚大阵列天空调查（VLASS），另一项是位于澳大利亚的快速澳大利亚平方公里阵列探路者连续调查（RACS）。
"我喜欢这个想法，爱因斯坦很久以前告诉我们的这个基本原理是你可以看到的。这是一个非常深奥的东西，看起来超级奇怪，但如果你出去数星系，你可以看到这种整齐的效果。它并不像你想象的那样深奥或奇怪。"- 杰里米-达林
这些调查使达林能够通过将南、北半球的景色拼凑在一起来研究整个天空。重要的是，新的调查还使用了无线电波，这使得它更容易"看"穿银河系的尘埃，从而改善了宇宙的视野。

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