旋转,也称旋转,是物体绕其旋转中心(或点)做圆周运动的现象。一个三维物体可以一直绕着(一种叫做的假想线)旋转轴旋转。如果轴通过其物体的整个质心,可以说物体在旋转。如果是物体绕外点的转动(比如地球绕太阳转),可以称之为公转或轨道自转,这种转动通常是由引力引起的。
对于我们每个人来说,一天就是24小时,这是由地球自转决定的。地球除了自转,还有绕太阳公转,365天可以自转一周。
而且太阳也在自转,平均25天左右自转一次。同时,太阳也在公转,这导致整个太阳系围绕银河系中心公转,每2.5亿年左右完成一次公转。
对于这个星系来说,自转也是一个不得不遵守的普遍规律——太阳系的公转是星系自转的一种表现。同时,它也在本星系群中运动。
那么,既然宇宙中所有的天体都在旋转,是否意味着宇宙也处于旋转状态呢?
按照上面的思路,是真的。没错。但是,当自转的问题上升到宇宙的层面,就不是那么简单了,涉及到很多方面。
目前在这个问题上的主流观点恰恰与上述思路相反。科学家普遍认为宇宙不自转,这一开始符合爱因斯坦的广义相对论(注意只是符合,广义相对论并没有完全否定宇宙自转)。同时,许多观察使我们得出了这个结论。
其实宇宙是否自转等价于另一个问题,即宇宙是否各向同性,即当我们从宇宙的不同方向看时,我们看到的所有宇宙是否一致。
根据现在的观察,宇宙确实是各向同性的。无论我们站在地球的哪个位置,从哪个方向观察宇宙,虽然恒星的分布“模式”不尽相同,但在数量、退行速度、宇宙尺度等方面都没有太大差别。
同时,根据宇宙微波背景辐射,宇宙各个方向的温度高度一致,相差只有1/1000摄氏度。
所以,一项研究认为,宇宙有95%的概率是非常均匀的。另一项研究甚至认为宇宙各向同性的概率高达12万分之一。
这意味着宇宙很可能不旋转,因为如果宇宙旋转,必然会导致一些扭曲。只要想想水倒进你的水槽时的漩涡。但是,我们并没有发现宇宙的“扭曲”,所以很多人相信宇宙不旋转。
同时,宇宙如果自转,就应该有一个旋转轴或旋转中心。这个旋转轴或中心在哪里?
然而问题是,观测确实给了科学家足够的理由相信宇宙不旋转,但理论上,我们无法完全证明这一现象。
在2020年6月1日举行的美国天文学会年会上,堪萨斯州立大学的研究团队发布了他们的最新研究成果。通过分析20多万个螺旋星系的旋转方向,他们发现了这些星系的旋转与宇宙结构之间的奇怪关系。
这些不寻常的连接形成的结构可能表明宇宙也在旋转。
这项新研究与之前对宇宙大尺度结构的理解相矛盾。几十年来,科学家认为宇宙并没有向特定的方向膨胀,其中的星系也没有特定的结构分布。
然而,这项新研究表明,宇宙中普遍存在的螺旋星系的自旋方向似乎显示出一种特定的结构。这必须通过分析大量的天文观测数据才能发现。
堪萨斯州立大学的Lior Shamir教授说:“应用数据科学的方法不仅可以节省天文研究的成本,还可以使我们以完全不同的方式观察宇宙。”“螺旋星系的分布所显示的几何结构是清晰的,但只有在分析大量星系时才能观察到。”
旋涡的旋转方向取决于观察者的位置。如果一个星系在地球上顺时针旋转,那么从银河系对面的另一个星球上看,它就是逆时针旋转。
如果宇宙没有特定的结构,那么科学家们希望看到大致相同数量的星系向各个方向旋转。然而,新的研究数据表明,事实并非如此。
科学家利用人工智能对通过望远镜拍摄的数亿个星系的图像进行分类,并了解它们的旋转模式。
他们发现逆时针和顺时针旋转的星系数量不同,相差约2%。但是,由于科学家分析了大量的星系样本,这个差距应该只有四十亿分之一。
此外,旋转的差异似乎随着距离的变化而变化。星系离地球越远,自转方向的差异越大。这意味着早期宇宙可能旋转得更有规律,混乱程度更低。
沙米尔教授说:“数据分析中没有任何错误或污染会以这种独特、复杂和一致的方式表现出来。即使我们使用来自两个不同巡天数据的完全不同的星系样本,我们仍然得到完全相同的模式。没有统计误差会造成这种情况。这说明我们生活的宇宙是这样的。”