宇宙的形状：对称还是偏斜？
我们很少去思考宇宙的几何形态。牛津大学的Subir Sarkar最近发表了一项新研究，暗示宇宙可能是非对称或倾斜的——即在不同方向上并不完全相同。
这张来自韦伯太空望远镜的图像，重访了天空中最具标志性的区域之一——哈勃超深空场。图：NASA
我们为什么要在意？今天的“标准宇宙学模型”——描述整个宇宙动力学与结构的理论——完全建立在假设宇宙在大尺度上是各向同性（所有方向相同）且均匀（平均分布均匀）的前提之上。
然而，若干所谓的“张力”（即数据中的不一致）对这一统一宇宙的想法构成了挑战。
Sarkar刚在《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）上发表了一篇文章，研究了这些张力中最重要的一个，名为宇宙微波背景（CMB）双极异常。他们得出结论：该异常对目前最被接受的宇宙描述——标准宇宙学模型（又称 Lambda‑CDM 模型）——构成了严重挑战。
什么是宇宙双极异常？为什么它对宇宙描述如此重要？
宇宙微波背景（CMB）CMB 是大爆炸留下的余辉辐射，几乎在天空中均匀到 1/10⁵ 的程度。宇宙学家因此自信地采用爱因斯坦广义相对论中“最大对称”空间‑时间描述——FLRW（弗里德曼‑莱姆－罗伯逊‑沃尔克）模型。
这一对称视角大大简化了爱因斯坦方程的求解，也是 Lambda‑CDM 模型的基础。
宇宙微波背景辐射是大爆炸的遗留辐射。图片来源：欧洲航天局
重要的异常哈勃张力
（Hubble tension）是最受关注的异常之一，名字来源于 1929 年发现宇宙正在膨胀的埃德温·哈勃。哈勃张力最早在 2000 年代通过哈勃太空望远镜（HST）和最近的 Gaia 卫星数据浮现。它表现为宇宙早期（CMB）与近距离（近乎近期）观测的膨胀速率（即 H₀）不一致。
宇宙双极异常
（cosmic dipole anomaly）受到关注度不及哈勃张力，却更为根本。
宇宙双极异常是什么？在确认 CMB 在大尺度上是对称后，人们发现 CMB 的余辉存在变异。最重要的一种变异被称为 CMB 双极各向异性（CMB dipole anisotropy）。它是 CMB 中温度差最大的，天空一侧略热，另一侧略冷——约 1/10³。
这一 CMB 的双极差异本身并不挑战 Lambda‑CDM，但我们应在其它天文数据中寻找对应的变异。
物质与CMB偶极子不匹配——方向一致（上面板），但振幅不一致（下面板）。图：现代物理评论
Ellis‑Baldwin 测试1984 年，George Ellis 与 John Baldwin 提问：在遥远天体（如射电星系、类星体）的天空分布中是否也存在类似的“双极各向异性”？这些源必须非常遥远，才不会被近处的“聚集双极”误导。
若 FLRW 假设成立，遥远天体的双极变异应由观测到的 CMB 双极变异直接决定——这就是后来的 Ellis‑Baldwin 测试。若 CMB 与物质（如射电源、类星体）的双极相符，则支持标准 Lambda‑CDM；若不符，则直接挑战它，甚至挑战 FLRW 形状。
由于测试极其精确，只有最近可用的天文目录才足以完成此检验。
结果：宇宙未通过 Ellis‑Baldwin 测试最终结果显示，物质的双极变异与 CMB 的双极变异不一致。而且这一差异在不同波段、不同探测器（地面射电望远镜与卫星在中红外波段）均得到一致结果。
因此，宇宙没有通过 Ellis‑Baldwin 测试——宇宙的双极异常成为标准宇宙学模型（包括 Lambda‑CDM）以及 FLRW 描述的主要挑战。尽管天文学界对它视而不见，原因可能是缺乏易于修补的方法——需要放弃 Lambda‑CDM 与 FLRW 本身，重新从零开始。
未来展望新的卫星（Euclid、SPHEREx）以及大型望远镜（Vera Rubin 天文台、Square Kilometer Array）将产生大量新数据。借助人工智能的一个分支——机器学习，我们有望得到大胆的新见解，从而构建新的宇宙学模型。
这将对基础物理产生深远影响，彻底改变我们对宇宙的理解。
勇编撰自论文"Colloquium: The cosmic dipole anomaly".Reviews of Modern Physics.2025相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
