宇宙中最大的天体可能隐藏着超越我们维度的入侵者。

在充满宇宙的星系网中有一个巨大的空洞。由类星体所构成的一根巨弦可以跨越数百亿光年。一个由剧烈爆发所构成的环形占据了可见宇宙的6%。随着对宇宙观测能力的日益强大，天文学家们开始识别出比此前已知的还要更为巨大的结构。对此只有一个问题：它们中任何一个都不应该存在于那里。

自从哥白尼提出了他的革命思想，即地球在群星之间并没有什么特别的地方，天文学家就把它视为根本。宇宙学原理则更进了一步，认为宇宙中没有任何地方是特殊的。当然，在局部上可以存在不同等级的系统，例如太阳系、星系和星系团，但当你进入更大得多的尺度，宇宙就应该表现出均匀且各向同性。没有巨大的星系壁，没有巨大的空洞，也没有巨大的结构。

也难怪，这些接二连三的最新发现让宇宙学家们火冒三丈。然而，对这个问题的解答也同样充满了争议。有人提出，这些大质量的结构是另一个维度投影出的幻象，是存在我们自身之外现实的第一个诱人证据。如果是这样，那么这些庞然大物就并非是存在于我们宇宙中的物理实体，宇宙学原理依然适用。

在现代宇宙学中有一个魔咒，它就是宇宙中的“受青睐区域”。自文艺复兴以来，所有的科学想法都一直在反对这个概念。“受青睐区域”会使得用爱因斯坦的广义相对论来研究引力在宇宙演化中的作用变得更加困难。如果你假设宇宙几乎是均匀的，那么求解爱因斯坦的方程就会容易得多。不过目前，宇宙学原理仅仅是一个假设。没有具体的证据能佐证它是正确的，反倒是确实越来越多有证据来否定它。

以之前提到的宇宙巨洞为例，它的直径达到了近20亿光年。相比于宇宙中星系的平均密度，这个巨洞中的星系数量少了约10 000个。根据最新的观测数据，天文学家认为宇宙学原理只有在约10亿光年的尺度及以上才成立。此时，对于任意给定体积，其中物质的平均总质量才基本相等。然而，存在一个比这一尺度还要大2倍的巨洞着实让整个画面显得突兀。10多年前，天文学家在宇宙微波背景中发现了一个巨大的低温斑块，这个超巨洞兴许可以解释这个现象（见插页）。

然而，超巨洞其实还不算大。早在2012年，就有天文学家团队宣布发现了跨度超过40亿光年的巨大结构，其大小是超巨洞的2倍。那会是什么东西？显然，它肯定很不寻常。然而，这一次它并不是太空中一片空无一物的区域，反而却特别拥挤。被称为巨类星体群，它包含有73个类星体——非常遥远星系的明亮活跃中心区。自20世纪80年代初以来，天文学家就已经知道，类星体有聚集在一起的趋势，但在此之前还从来没有发现它们会在这么大的尺度上成群。

2015年初，另一个天文学家团队则发现了一个巨大的γ射线暴群。γ射线暴是发生在遥远星系中的短暂高能爆发现象。发生这些γ射线暴的星系看上去似乎形成一个直径达56亿光年的环形，占据了整个可观测宇宙的6%。天文学家们并没有想到会发现这么大的结构。它的大小是宇宙学原理成立尺度的5倍。

宇宙学原理是我们认识宇宙的根本基础，因此这些有违宇宙学原理的现象深深地让天文学家和宇宙学家感到不安，即使是这些现象的发现者也是如此。例如，对于由γ射线暴所组成的环形，有一种可能性是它们也许被其他星系所包围，但由于这些星系过暗而没有被看到。这就像在一个黑暗的房间中均匀地放置着灯泡，当你走进房间时，仅有几只被点亮了，那么你很可能会就灯泡的分布得出错误的结论。这并不一定会破坏宇宙学原理。

宇宙微波背景低温斑块

宇宙微波背景是大爆炸所遗留下来的辐射，保留着宇宙仅约40万年时的样子。它上面独特的印迹代表着婴儿宇宙时期温度稍高和稍低的区域。我们对宇宙这一时期的认识预言，这些温度起伏应该都很小，而且彼此之间也应该差不多大。然而，在2004年，使用威尔金森微波各向异性探测器，科学家宣布发现了有一个低温斑块要比其他的大得多。一开始他们认为，这可能是测量结果的误差。此后，欧洲空间局的普朗克卫星也观测到了这个低温斑块。对此，迫切地需要的一个解释。

超巨洞是最有希望的解释，不过它却是宇宙学原理捍卫者的眼中钉。有理论提出，在这个低温斑块的方向上存在一个超巨洞。为了抵达地球，宇宙微波背景辐射的光子必须要穿过这个超巨洞。由于宇宙在加速膨胀，当光子从这个超巨洞穿出时，它会发现这时其周围的物质密度比它刚进入这个超巨洞时还要低，其所经历的引力势就会减小，于是它们的能量也会减小。当利用光子的能量来计算一个源的温度时，这会使得我们错误地发现其原本所在的区域温度会比其他地方更低。

调和矛盾

巨大的类星体群也引发了激烈的争论。有天文学家认为，它并非是一个真正的结构。2013年发表的一篇论文对发现这一结构的算法和数据进行了分析，计算了随机分布的类星体也呈现出结构的概率。结果显示这个几率还是相当高的。不过，现在就下结论还太早。该类星体群的发现者认为，这一反对意见“保守且不现实”。他们认为，与模拟随机分布不同，所有的反对者应主要到一个事实，即这些类星体都拥挤在约3亿光年的尺度之内。

和类星体群一样，超巨洞也被认为可以与宇宙学原理相调和。宇宙学原理并没有说不允许任何地方出现涨落，而是说宇宙在大尺度上的平均意义下是均匀的。总之，发现类似超巨洞这样的结构其概率并非为零，但数量不会很多。

然而，也有理论物理学家认为，无视这些宇宙巨型结构的做法也许是错误的。事实上，在宇宙学原理依然成立的情况下，它们仍能存在。我们所要做的就是认为它们实际上并不存在。相反，它们其实是其他维度侵入我们宇宙的首批证据，是在我们均匀光滑的宇宙背景上留下了的痕迹。

这似乎是一个惊人的大胆建议，但它却是建立在坚实的理论基础上的。一方面，超越4维时空的额外维度并非是什么新鲜事。几十年来，许多理论物理学家们认为，额外维度的存在是我们调和爱因斯坦的广义相对论和20世纪物理学其他成就——量子理论——的最大希望。前者描绘的是大尺度上的现象，后者描述的则是微观世界，这两个看似完全不同的概念之间的联姻会催生出一个可以描述宇宙各个尺度的理论，它常被称为“终极理论”或“万物理论”。

一个热门的候选者是M理论，它是弦理论的一个扩展。M理论认为，我们生活在一个11维的宇宙中，其他的7个维度紧紧地蜷缩在一起而无法被观测到。这是一个优雅且在数学上吸引人的框架，有一批有影响的支持者。但它也有一个重大缺陷：缺乏可以用来检验的坚实预言。对弦理论的另一种推广，被称为膜理论，则也许可以做到这一点，并就此解决宇宙学原理的困境。

膜理论的核心思想是，我们所知的宇宙是一张漂浮在更高维时空中的4维膜，在这个更高维的时空中还存在其他的膜。这样的想法可以与现有的引力理论相一致。事实上，即使是有无穷多个额外维度，你仍然可以回到广义相对论。

虽然其他的膜也占据着额外维度，但它们无法被直接探测到。该理论认为，我们也许只能探测到当邻近的膜与我们所在的膜相交叠时所出现的效应。

类星体的概念图