星系和大尺度结构是如何形成的

早期宇宙中物质基本是均匀分布的，但也有一些微小的不均匀性，这有可能是宇宙早期暴胀的结果。在宇宙暴胀之初，由于量子力学的不确定原理，物质在微小尺度上存在密度涨落。在暴胀过程中，空间被拉长到非常大的尺度，这些小尺度上的涨落就成为大尺度结构的涨落。尽管这些不均匀性很小，但万有引力使这些很小的不均匀性逐渐放大：在密度较大的地方，引力较强，会吸引周围的物质，从而进一步增强其密度。

利用万有引力理论，也可以预言密度不均匀性怎样演化。现代的科学家经常使用“数值模拟”方法来进行研究：首先，按照一定的假设，随机产生宇宙某一时刻的物质分布，然后按照万有引力定律计算这些物质如何运动。此处图中显示了数值模拟的结构形成过程：最左边方盒内，显示了较早时期的宇宙，物质基本均匀分布，仅略有非均匀性。中间方盒是经过一段演化后的情况，而进一步的演化最终导致右边方盒内的情况。在演化中，物质往往首先沿一个或两个方向凝聚，形成一些纤维状结构，然后再沿纤维凝聚到中心交点上，形成团块状的高密度区。由于宇宙中暗物质的数量是普通物质的5倍左右，所以这些引力凝聚的团块可以称为暗物质晕。暗物质晕中的暗物质由于存在运动速度，所以在一定时间内无法进一步收缩，于是形成稳定的自引力体系；而其中的普通物质可以通过辐射光子散热冷却，进一步收缩，形成星系。（陈学雷）

对宇宙物质密度变化的数值模拟

【微博士】斯隆数字巡天（SDSS）

斯隆数字巡天的设想由美国天文学家吉姆·冈于1990年提出，目标是完成10000平方度天区（约占全天面积的1/4）的5个颜色的测光巡天和100万个星系的光谱红移巡天。为此，在美国新墨西哥州阿帕奇波因特天文台建造了一台2.5米口径的宽视场专用望远镜，并配备多光纤光谱仪，可同时观测多至1000个目标。到2012年，斯隆数字巡天已观测了相当于8个满月那么大的天区，得到了超过100万个目标的光谱。该巡天目前仍在继续进行。

【微问题】一个地方的物质密度变化造成的引力变化能瞬间传递到远方吗？

【关键词】宇宙学原理　大尺度结构　密度涨落