今天我们已经知道,宇宙诞生于140亿年前,并且自那以后一直在膨胀。
可是一个正在膨胀的事物,理应也存在某种边缘,对吗?从某种意义上说,它确实有。
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信息的传播速度不能超过光速,这意味着人类只能看到那些在过去140亿年里光线有足够时间抵达我们的宇宙区域。当我们向外眺望,所见的是一个以自身为中心的球体,也就是可观测宇宙。
不过情况稍微复杂一些。由于宇宙一直在膨胀,那些我们能看到其光线的最遥远物体,如今实际上距离我们已达450亿光年。
因此,可观测宇宙是一个半径为450亿光年的球体,直径接近930亿光年,其中包含约2000亿个星系,每个星系又拥有数千亿颗恒星。
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对我们而言,宇宙确实有一个边缘。我们向外望去,看到的是过去,直到没有更早的过去可看为止。这个边缘其实更像是一种时间上的边缘,从某种角度说甚至没有实质意义。真实的宇宙必然比我们所能看到的更大。
可是究竟大多少呢?这里有两种可能:要么宇宙非常大但仍然有限,要么它是真正无限的。一个有限的宇宙意味着,如果你想用冰淇淋把它填满,是可以做到的——尽管需要海量的冰淇淋,但那仍是一个有限的数量。
不过这带来了一个奇怪的问题。这样的宇宙应当存在一个边界,一堵空间终结的宇宙之墙。
事实上,2018年《新科学家杂志》曾刊登过一项来自意大利科学家的研究成果,他们发现了一个巨大的超星系团,其寿命和质量都打破了以往的纪录。这项成果被国内媒体翻译过来时,一度被冠以"宇宙墙"之名,甚至被描述成宇宙的边界。
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虽然这更多是一种戏剧化的表达,但它触及的正是这个古老问题:如果真的存在边界,那么边界之外理应还有别的东西。可是按照定义,宇宙就是一切存在的总和。
那么,怎么可能在"一切存在"之外还有其他事物呢?"存在于一切之外的某种东西"这种说法本身是否讲得通?当然,物理学在这里提供了一种巧妙的解决方案:可以有一个没有边界、却仍然能被有限数量冰淇淋填满的宇宙。
设想一下:如果宇宙是真正有限的呢?想象一个橙子和一只极小的蚂蚁。这只蚂蚁只能看到橙子表皮的一小块区域,正如我们只能看到宇宙的一小部分。但如果这只蚂蚁开始行走,它最终会绕橙子一圈,回到出发点。所以橙子的表皮并不是无限的,却也没有边界。
宇宙并不像橙子的表皮,但它可能与之非常相似。宇宙也许不是一个球体,而是一个超球体,其中三维空间自我卷曲,这对人的大脑来说是无法直观想象的。
但关键在于:没有边界,也没有尽头。
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这种"有限而无界"的图景,看起来像是数学家精心搭出的思想游戏,可它却是目前最能让物理学自洽的答案之一。计算机模拟显示,在这样的几何结构里,宇宙从任意一点向外望去都是相似的:同样的星系密度、同样的辐射背景、同样的膨胀速率。
换句话说,宇宙可能呈现出某种自相似性——无论你飞到哪里,看到的图景与此处并无本质不同。这也是为什么人类始终无法通过观察某个"远方"来判断宇宙的形状:因为远方在统计意义上就是此地。
现在换一种设想:如果宇宙真的无限延伸,会发生什么?你踏上一艘飞船,一直朝一个方向飞行,会不断发现新的星系、恒星和行星,新的奇观,新的怪异事物,很可能还有你无法想象的新外星人和新生命形式。
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如果你用有限的选项去构建事物,却拥有一个所有方向上都永远充满事物的无限空间,那么纯粹出于概率,重复出现是必然的。
当然,某件事有可能发生,并不等于它一定会发生。
也许宇宙的确无限延伸,但只有那些平淡无奇的东西无止境地重复。
可如果物理定律在任何地方都相同,那么在极其遥远之处,气体也可能孕育出恒星和行星,从化学过程中诞生出原始的遗传信息,进入细胞和动物之中,以极不寻常的方式演化,最终演化出学会制作网络内容的类人猿。这样的事至少发生过一次,所以概率并不为零。
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此刻的地球是如此不可能存在,你必须旅行到极其遥远的地方,才可能找到第二个完全相同的地球——大约要走10的10的29次方倍于可观测宇宙的距离,即1后面跟着一百亿亿亿个零那么多倍。如此遥远,几乎意味着永远无法抵达。
尽管如此,在一个真正无限的宇宙中,粒子的每一种组合合乎情理地不仅可能只出现一次,还可能出现无数次。而当我们回头审视自己所处的位置时,会发现另一种同样令人震撼的渺小感。
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而此时的旅行者一号连太阳系都还没有飞出去。当"渺小的地球"与"可能重复无数次的宇宙"这两幅图景叠在一起,人类关于"中心"与"边界"的直觉几乎全部失效。
虽然这些情景在纸面上都是可能的,但我们已经踏入了科学哲学的领域。目前,这些想法都无法检验、无法证明。
如果宇宙是无限的,我们永远也不会知晓。人类的逻辑总倾向于让世间万物有始有终,可当我们顺着光向前追溯,标记出的那道直径约930亿光年的"宇宙边界",本质上并不是空间的墙,而是时间与光速共同为我们划下的视野极限。
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现实情况是,对我们而言,宇宙是有限的,并且拥有一个边缘——一个我们能够看见的边缘,即时间之边。我们所能与之互动的一切都处在可观测宇宙之内,而这一情形极有可能永远不变。
所谓"宇宙墙"也好,"宇宙的终点"也好,都只是这层视野边缘投射在语言里的影子,它并不意味着走到那里就会撞见一堵实实在在的墙。即使这个有限的宇宙让你觉得渺小,它仍然大得足以承载我们和我们的后代所能构想出的一切梦想,对所有人而言都是无限地足够。
宇宙是否真的存在自相似性,是否真的在遥远处藏着另一个你,也许永远只能停留在模拟与推演之中;但那颗0.12个像素大小的暗淡蓝点,以及蓝点上仰望星空的我们,本身已经是这场无穷追问里最珍贵的答案。
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