渦狀星系，又名梅西耶天體M51，一個壯觀的漩渦星系。圖片來源：NASA/ESA
撰文 | Brian Koberlein
翻譯 | 陳子鵬
編輯 | 王昱
宇宙中的一切都在旋轉。星系、行星、恆星和黑洞都會旋轉，哪怕轉得很慢，也是會旋轉的。這是因為宇宙中的氣體和塵埃雲從來都不是完全對稱的。但宇宙作為一個整體並不旋轉。有些天體以一種方式旋轉，有些則以另一種方式，但把所有天體的轉動量累加在一起則總和為零。至少我們認為總和為零。然而一項新的研究表明，整個宇宙確實在旋轉，這一旋轉或許是哈勃常數爭議這一宇宙級難題的有力解法。
宇宙在旋轉的想法並不新鮮，甚至愛因斯坦也考慮過這個觀點。美籍奧地利數學家庫爾特·哥德爾（Kurt Gödel）設計的旋轉宇宙模型最為著名，此亦為愛因斯坦場方程的解。哥德爾度量有一些非常奇怪的性質。宇宙學標準模型中使用的度量具有三個空間維度和一個時間維度，而哥德爾的模型具有兩個類時維度。遙遠星系會產生一種奇怪的旋轉偏差，導致光的自發偏振。更奇怪的是這種宇宙中充滿了時間迴圈。它們被稱為閉合類時曲線（closed timelike curves，CTCs），只要在太空中旅行，你就能在過去與自己相遇。
哥德爾的模型是對相對論理論極限的有趣探索，但它與真實宇宙沒有任何顯著的相似之處。天文學家一直在尋找宇宙微波背景中的星系自轉偏差和不對稱性等現象，這些現象或許能證明宇宙在旋轉，但觀測極限內所有結論都表明，我們的宇宙並沒有旋轉。
但隨著時間推移，我們的觀測極限越來越高，這似乎反倒把我們拖入了一個理論困境。我們知道宇宙起源於我們稱之為大爆炸的高溫緻密狀態，從大約138億年前開始膨脹。由於暗能量的作用，它膨脹的速度越來越快，但確切的膨脹速率依舊是個迷。對宇宙微波背景輻射（CMB）的漲落的觀測發現，宇宙以每兆秒差距（Mpc）約67千米每秒的速度膨脹（即哈勃常數：67km/s/Mpc）。然而對遙遠星系中超新星和造父變星的觀測發現，這一數值是73 km/s/Mpc。根據宇宙學標準模型，用這兩種手段觀測到的同一個值應該是一致的，而實際上觀測到的衝突就被稱為哈勃常數爭議。這正是現代宇宙學面對的核心謎團，也難怪宇宙學家提出了各種各樣的瘋狂解法，無論是修正引力理論，還是暗能量的精質模型，亦或是奇異超對稱粒子理論。那麼何不重新考慮一下旋轉宇宙模型呢？
擬合觀測得到的哈勃常數值與宇宙的旋轉速度。其中HCMB為觀測CMB的漲落得到的哈勃常數值分佈區間，HSNe為觀測超新星得到的哈勃常數值分佈區間，ω0為宇宙旋轉的角速度。圖片來源：Szigeti, et al
這個新模型沒有使用哥德爾度量，而是假設宇宙充滿了均勻旋轉的流體。曾有人提出這種流體的無旋轉版本來解釋暗能量，但增加旋轉意味著時空被扭曲了，類似於我們觀察到的地球等旋轉質量產生的參考系拖拽效應。正如作者所說，隨著距離的增加，旋轉流體會使我們對宇宙膨脹的觀測產生偏差。換句話說，我們測量哈勃常數的位置距離我們越遠，它的數值似乎就越小。
該團隊假設觀測近鄰宇宙膨脹的結果，即73 km/s/Mpc的值是最準確的，然後反推流體必須以多快的速度旋轉才能與觀測CMB漲落得到的67 km/s/Mpc的結果相匹配。根據這些資料，他們得到了宇宙的自轉角速度：每十億年自轉3.5弧度。簡單來說，宇宙旋轉模型可以解決哈勃常數爭議。有趣的是，作者得出的旋轉速率剛好低於產生閉合類時曲線的極限。模型旋轉得儘可能快，從而避免所有的時態邏輯崩潰。
這個結論令人著迷，但也隱患重重。首先，該模型是一種微調模型。作者在假設它成立的基礎之上進行論證。微調模型本身並沒有什麼問題，但俗話說，微調模型是弱模型。它能解決問題並不意味著它就是正確結論。此外，旋轉流體的引入還將影響星系演化和星系聚合成團等的走向。作者意識到了這一點，指出他們的下一個目標是使用觀測性的測試來驗證模型，時間（和空間）將告訴我們模型最終是否為真。
原文連結：
https://www.universetoday.com/articles/an-interesting-solution-to-the-hubble-tension-the-universe-is-slowly-spinning
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