宇宙之外到底是什么?它究竟有边界,还是像一张无限延展的画布那样,永远铺展下去,没有尽头?
这个问题看似简单,却让最顶尖的科学家都不敢轻易下结论。
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在学术层面上,无论是叫猜想也好、假说也罢,都建立在严格的理论模型之上,以严谨的计算作为依托,再配合形象化的描述去补充想象。也就是说,想象只是一种辅助手段,并不是主要方式。
因此普通人基于日常生活或者科幻作品产生的那种联想,用"脑洞"来形容或许更为贴切。除了和科学家比拼想象力之外,还有一种声音会说:思考宇宙这种事,对人类这种蝼蚁般的存在来说毫无意义,就像那本书的书名所问的一样——这个宇宙和我有什么关系?
把时间、精力、人力和物力花在更现实的地方不是更好吗?这个问题其实在讲银河系那部分时就已经回答过。简单来说,除了科学本就起源于人类的好奇心之外,科学的发展往往来自节外生枝。宇宙并不是孤立的存在,研究宇宙从来都不只是研究它本身。
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人们的日常生活本身就是宇宙的一部分,随着对宇宙研究的深入,也会不断带动科学向前推进。
举一个很小的例子:如果不是发展载人航天,人们可能连尿不湿都用不上。
而且人类对宇宙的好奇心是与生俱来的,谁不想知道外星人到底长什么样,宇宙到底从哪里来,它有没有终结的一天,以及今天要谈论的话题——它的外面到底是什么?要说宇宙之外,就得先说清楚什么是宇宙。
定义不同,范围也不同,对应的"外面"自然也就不一样。
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在汉语里,很多人都知道那句古语——"上下四方曰宇,古往今来曰宙"。
上下四方指的是空间,古往今来指的是时间,空间加时间组成的整个时空,就是通常意义上的宇宙。从这个角度看,它对应的英文单词是 cosmos,侧重的是结构和体系。而另一个更常见的词 universe 则更抽象一些,通常表示世间万物、所有的一切,带有"全部"的意味。
如果从 universe 的角度来说,它本身就包含了一切,那么逻辑上宇宙也就没有"外面"这一说——不管怎么套娃,都可以再定义一个更大的全局概念把它包进去。
不过这种解释显然太无聊了,也满足不了人们的好奇心。
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所以真正值得讨论的,还是结构意义上的宇宙。结构意义上的宇宙,首先想到的就是可观测宇宙。通常大多数人说到宇宙,指的其实就是它。
可观测宇宙可以理解为以我们为中心,向四面八方看过去所能看到的那一部分。但这种说法并不完全准确。
虽然叫"可观测",却并不意味着能够随心所欲地观测。这里面很大一部分区域,人类看到的只是它们过去的样子。
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可观测宇宙的半径大约是 465 亿光年,从光传播的时间来说,宇宙 137 亿岁的年龄似乎和这个数字对不上,但别忘了,宇宙一直在膨胀。
只要两处距离足够远,它们之间新空间出现的速度,甚至会让两者以超过光速的速度彼此远离。当然,膨胀造成的这种"超光速"并不是真正的运动超光速,而是光走过的路程被拉长了,从而形成了视觉上的超光速。
正因如此,人们观测到的很多天体,比如那些高红移的类星体,此刻其实正以超光速远离地球。之所以还能看到它们,是因为看到的是它们很早很早以前、距离还比较近时候的模样。
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而它们此时此刻真实的样子,是永远不可能再被看到的,因为此刻从它们身上发出的光子,即便以光速飞向我们,速度也比它们远离我们的速度慢得多。这部分信息,对人类而言已经永远丢失了。
正因如此,对于可观测宇宙来说,它的"外面"其实并不神秘,那里应该和已经被观测到的部分类似,只是距离太远,超出了当前的视界范围,暂时看不到而已。
抛开技术手段不谈,那些刚好位于可观测宇宙边界之外、距离不远的区域,随着时间的推移,它们发出的光子未来还是会抵达地球。也就是说,可观测宇宙之外的区域并不一定永远都看不见。
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反过来看,那些原本能被观测到的天体,也会因为宇宙的加速膨胀而逐渐脱离视野。它们的红移会越来越大,就像不断靠近黑洞事件视界时出现的无限红移那样,景象会越来越红、越来越暗淡,直到彻底从视野中消失。
值得一提的是,霍金在《时间简史》里就描述过一则有趣的推论,他也认为不可能存在一个无限大的宇宙。假如宇宙真的是无限的,那意味着每一颗恒星发出的光线,最终都会终结于另一颗恒星的表面。
直观地说,天上的星星应当颗颗都像太阳一样耀眼。退一步讲,即便这些光线被其他不发光的物质遮挡,按理这些物质迟早也会被加热到和恒星一样发光。
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可事实上,人类并没有看到这样的景象,白天和夜晚的分明存在也证实了这一点。唯一的解释似乎就是,无论从时间还是空间上,宇宙都不可能是无限大的。
这就是著名的奥伯斯佯谬所指向的结论,也是对"无限宇宙"最直观的一次质问。虽然如此,很多情况下人们还是会习惯用"宇宙"一词来代指可观测宇宙。
但正如前面所说,可观测宇宙可能只是整个宇宙中极其微小的一部分,甚至整个宇宙的空间在某种数学意义上可以是无限大的。
在那样的空间里,每一个观测者都对应着一个属于他自己的可观测宇宙。
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因此,这些可观测宇宙都同处于一个宇宙空间之内,也就应当拥有相同的物理定律。
物理定律虽然相同,但对于每一个可观测宇宙来说,它们的初始状态可能完全不同:物质怎么分布、之后又如何演化,这些差异决定了哪些地方会诞生星系、哪些恒星会拥有行星、哪些行星上会出现生命,而哪些生命又会最终演化出文明,这其实就是泰格马克所说的第一层平行宇宙。
如果整个宇宙真的拥有无限的空间,那么从数学上来说,总会存在一个平行宇宙和我们所处的宇宙一模一样。
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在那个宇宙中,有一个和你完全一样的人,此刻正在看一模一样的内容。
根据永恒暴胀理论的预测,你与另一个你之间的距离,大约只有 10 的 10 的 29 次方米。
这个距离真的很近吗?概率真的有这么大吗?如果有这种感觉,说明对这个数字到底有多大还没有概念。1000 万亿,就是 1 后面跟 15 个 0;一古戈尔,也就是 1 万亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿,是 1 后面 100 个 0,据说谷歌这个名字就是由此而来。
而 10 的 10 的 29 次方,根本无法完整地写出来,因为那是 1 后面跟着 10 万亿亿个 0。
这是什么概念?
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即便用一个像素来代表一个 0,也要用超过 30 亿亿台 8K 显示器才能显示得下。到这里就应该明白,为什么前提必须是无限空间了。
宇宙之外的广阔,是不是已经超出了想象?可这就结束了吗?
就算把那个一模一样的"你"和每一个可观测宇宙都包含进来,那也仅仅是所谓的"这一个"宇宙。而根据永恒暴胀理论的预测,我们所在的宇宙只是更大空间中一小块已经结束了暴胀的区域,类似这样的区域,或者说这样的宇宙,还有无数个。
那些宇宙又会是什么样子?对它们来说,还有没有所谓的"外面"?无限之外是否还有更大的无限?
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霍金用一场关于夜空的追问,堵住了"无限宇宙"最朴素的一种可能,而永恒暴胀理论又把边界推向了更远、更不敢想象的地方。
宇宙的尽头,或许并不是一道墙,而是一层又一层永远无法一次看清的褶皱。
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