“我们的宇宙结构是自上而下还是自下而上生长的”

如果有从20世纪开始应该学习的教训，那就是宇宙很少用直觉怀疑我们的方法表现出来。 1900年代初，宇宙被认为是由牛顿的重力控制的。 我们认为宇宙是静止的，静止的，无限古老，没有起点，没有终点。 我甚至不知道银河是否是众多星系中的一个，或者是否涵盖了其中的一切。

当然，理论和注意的迅速发展改变了这一切。 牛顿的重力被广义相对论取代，表明静态宇宙会变得不稳定。 螺旋体(和后来的椭圆体)显然是银河系以外的自己的孤岛宇宙，每一个都有自己的几十亿颗恒星。 我们不是无限古老的宇宙，而是生活在从138亿年前的热大爆炸开始的世界里。 这张照片本身是革命性的，但是宇宙是怎么成长的呢？

我们用最大的宇宙尺度检查宇宙时，通过识别我们能检测到的各个星系的性质和位置，就可以开始绘制宇宙图。 多亏了解了光在不断扩大的宇宙中的传递方法，我们才能准确地测量遥远星系的红色移动(也就是说，在到达我们眼睛之前，它的光延伸了多少)，以及距离它有多远。

通过将这两个度量结合起来，可以了解两个重要的事件。

平均来说，银河离我们越远，那个红移就越大。

如果与宇宙的平均密度有很大不同，局部重力场可能会在扩展的宇宙红移上叠加数百公里或数千公里/秒的附加速度。

第二种效果叫做奇怪的速度。 因为它代表恒星、星系或任意质量所经历的额外运动。 这是由周围所有质量的重力作用引起的。 如果想要准确绘制宇宙图，为了给这些星系分配空之间的正确位置，需要明确这两种效果，而不是根据我们测量的红移推算出的偏移位置。

宇宙学家——像我这样研究宇宙大规模结构的人——长期以来就知道这些奇怪的运动。 如果根据各个银河的红色移动绘制地图，那么为宇宙绘制的地图似乎包含了所有银河的细丝。 几十年前，宇宙学家称这种效果为神的手指。 因为不管你在哪里，他们都指向你。 幸运的是，我很快意识到这不是真正的物理影响，而是错误地分解了数据的影响。

要知道这是怎么回事，就必须从头开始，直到爆炸的最初阶段。 在这些最早阶段，宇宙所有物质——正常物质和暗物质——几乎完美均匀地分布。 但是，几乎很重要。 的微小缺陷在后期会引起巨大的缺陷。 理由很简单。 重力是失控的力量。

如果年轻的宇宙有一点密度，就会优先吸引更多的物质。 密度低的附近空之间的区域会把这些物质吸引到密度高的区域，从而导致银河、银河系群甚至巨大星团的生长和形成。 这些大规模的宇宙结构随着它们的成长，会影响周围其他大型物体的运动。

当我们成功解释了我们今天关注的银河运动时，我们可以进行校正，将红移空之间关注的副本转换为实际上应该在空之间显示的副本。 拥有无失真视图的互联网，能够准确地知道宇宙是如何在最大尺度上凝聚和凝聚的。

在宇宙最大范围内的表现方法给我们提供了很多新闻。 因为我知道重力是如何运动的，所以可以用这些注意值来重构两件事。

宇宙是由什么构成的:暗能量( 68% )、暗物质( 27% )、正常物质( 4.9% )、中微子( 0.1% )和辐射( 0.01% )。

宇宙的初始条件是什么:它没有以任何方式和程度完全统一。

几十年前，我们拥有的所有理论指导，在拥有一系列太空望远镜和遥远宇宙的深视野之前都是可能的。 即使发现膨胀的宇宙、遥远星系的性质、宇宙微波背景对应的辐射、宇宙大爆炸的最终验证，也不知道宇宙刚刚开始的状态。

我们的宇宙互联网是如何产生的这两种可能性被称为自上而下或自下而上的情景。 自上而下的宇宙中最大的缺陷是最大的。 他们首先开始变得有吸引力，但这样一来，这些大缺陷就会分解成小缺陷。 当然，它会产生恒星和星系，但会受制于较大的重力缺陷，形成更大的集群结构。 自下而上的宇宙相反，重力缺陷在小范围内占主导地位。 恒星团首先形成，然后是银河和星团。 因为小规模的缺陷失控增长，最终开始影响更大的规模。

自上而下和自下而上这两种可能性之间的这种张力在20世纪60年代、70年代到80年代、90年代勾结了宇宙学的全方位。 来自银河系调查的数据传了进来，越来越微弱，越来越远，在越来越全面的大块中绘制了宇宙图，天体物理学家对此有点吃惊。

每次发现银河，我们都能问一点问题。 例如，找到距离银河特定距离的银河的概率有多大？ 如果有足够的银河图，你就会得到答案。 也可以听到3个以上银河组合在一起，以及发现什么规模的相关银河对、四倍体等的概率。

如果将所有这些数据放在一起，是否可以提出包括规模最多的集群在内的决策性问题？ 通过观察被称为宇宙功率谱的图表，可以明确是小规模还是大型，还是两者混合存在。

在物理学中，当我们的科学是定量的时候，我们会尽最大努力。 在我们能够高精度、低不明确地测量参数的情况下，就能够就宇宙的本质得出最有力、最有益的结论。 关于自上而下和自下而上的问题，要显示的实体称为标量谱指数( ns )，其初始状态是测量第一个比例中包含的最大功率的度量。 火热的大爆炸。

如果ns远远小于1，大多数初始功率将是最大的尺度而不是小尺度，我们生活在由下而上的过程主导的宇宙中。

如果ns大于1的数量，则大多数初始功率在小范围内产生。 也就是说，我们生活在由自下而上的过程而不是自上而下的过程主导的宇宙中。

同时，如果ns= 1，则会产生被称为比例不变的光谱。 这意味着功率(至少最初)均匀分布在所有尺度上，只有重力动力学驱动结构形成，从而获得今天看到的宇宙。

当第一次主要星系调查开始产生有意义的结果时，我开始意识到宇宙和尺度不变。 这意味着宇宙不是自上而下的，也不是自下而上的。 这是两者的结合。 小规模和大规模以及两者之间有最初的缺陷。 但是，重力只能以光速发送信号，所以这个小尺度会开始经历重力衰变，大尺度可以开始相互影响。

随着各种规模结构物种的出现，小规模将在数千亿年内首先迅速发展，最大规模将需要数十亿年。 今天，宇宙功率谱和标量谱指数ns的最佳测量结果显示，ns= 0.965，不明度小于1%。 宇宙非常接近尺度不变性，但有比自下而上稍多的倾向。

一个世纪前，我们甚至不知道宇宙是什么样的。 我不知道它是从哪里来的，什么时候开始的，什么年代，什么东西制造的，膨胀的，里面装了什么。 ，我们对所有这些问题都有科学的答案。 准确度在1%以内，而且越来越多。

宇宙的诞生几乎完全统一，几乎所有规模都存在三千分之一的缺陷。 最大宇宙尺度的伤痕比小伤痕稍大，但小伤痕也大，同时最先崩溃。 在大爆炸后的50亿年到2亿年之间，我们可能形成了第一颗恒星。 第一个银河在大爆炸后200亿到5亿5千万年后出现。最大的星团花了几十亿年到达那里。

宇宙不是从上到下，也不是从下到上，而是两者的结合，意味着它的诞生有着几乎不变的光谱。 有望利用lsst、wfirst等未来的测量望远镜和新一代30米级地基望远镜，用前所未有的方法测量星团簇。 经过一生的不确定性，我们终于给出了科学的答案，可以知道我们宇宙的大规模结构是如何形成的。