有时,会有一个很大的观点被提出,它会改变我们对自身的想法。1543年,Nicolas Copernicus证明地球并不是宇宙的中心。1920年代,哈勃看见宇宙中所有的星系正在加速远离彼此,这让人意识到宇宙并不是永远不变的,而是创始于一个爆炸性的时刻,宇宙大爆炸。
如今,我们面对另外一个里程碑式的改变,我们长久以来想象宇宙是无限大的,但现在很多宇宙学家认为,宇宙是有限的,其中一些人相信,他们知道宇宙的形状。
如果我们确实发现了宇宙的边缘,我们必须面对另外一个非常具有挑战性,令人不安的问题:边缘之外有什么?
首先我们知道的,是希腊的哲学之王名字叫Architus,他对于宇宙为何是无限的有一个论证,他说,如果我们来到宇宙的边缘,射出一支箭,这支箭就会到达下一个“宇宙边缘”,如此循环,得出宇宙必须是无边的。
Architus的想法是两千年来科学家的教条,那就是我们的宇宙必须是无限大的,而且永远存在。当时在这个教条被改变了,宇宙无限说存在一个问题,不止空间无限,而且时间也是无限,无始无终,我们拥有无限的星体,所以,如果宇宙是无限的,天空会全部是明亮的,但这并不是我们在晚上看到的,事实上,黑暗无处不在,我们会发现,我们并非处在一个无限的宇宙中生活。
正是黑暗的天空启发了一个关于宇宙的革命性的想法,那就是它不可能永远存在。宇宙大爆炸,是我们能看见所有空间和物质的一刻,从无到有,从一点扩张开来。
但是大爆炸理论对于天文学家探索宇宙的边缘又衍生出一个问题,因为光需要时间穿越极大的空间,宇航员总是看到过去发生的事情,直到他们没有时间了。所以当我们在晚上看星星的时候,我们看到的是许多年前的星星,然而我们再也看不到138亿年前的星系,那就是大爆炸的余晖,宇宙背景微波辐射!
它描述了一副宇宙外观的图,大约宇宙大爆炸40万年后,宇宙充满着炽热的气体,等离子体,光线其实不能去任何地方,所以我们不能再往回看了,就像我们不能看到太阳内部。
![一个让人头痛的问题:宇宙有边界吗?如果有,边界之外是什么?](https://www.dushu263.com/wp-content/uploads/2019/12/5de1b990dcd64ea4a2ce80d3cf752fc1.jpg)
宇宙背景微波辐射就像一个屏障,在那后面,可能有一个边缘,或者,宇宙并不是永远延伸。但无论我们的望远镜有多么强大,我们永远看不到那个领域。
但或许我们还有其他方法去探索是否我们的宇宙有一个边缘。Janna Levin是个理论学家,他用复杂的数学模型去解决科学中最具挑战的问题。相信我们都玩过很多游戏,在游戏场景中,当游戏中的人物到达最左边,就会从最右边出来,同样的,当到达最上边,就会从从下边出来。
如果我们的宇宙是有限的,科学家相信它的边缘是有联系的,那就是整个宇宙有点像一个巨大的游戏场面。就像一个大圆球,没有人能找出它的边缘在哪里,所以感觉就像它是无边际,无限的,而当我们生活在这样的宇宙里,我们不能走出去,因为没有其他维度往下看着我们的三维空间的宇宙,所以那很难被观察到!
![一个让人头痛的问题:宇宙有边界吗?如果有,边界之外是什么?](https://www.dushu263.com/wp-content/uploads/2019/12/6e18026dbb344d54988925762a125cb7.jpg)
如果我们生活在一个宇宙立方体里面,有个方法可以让我们探索宇宙的边界,不是用飞船飞越它,而是站着不动看着光线,就像它包裹着宇宙。如果宇宙像一间房子那么大,而你拿着灯笼站在中间,光线往你身后照射出去,透过一扇墙,从另一面射进来,你会在你前面的墙看见你后面的影像,这房间明显覆盖着镜子,无论你看那扇墙,你都能看见自己的影像。
![一个让人头痛的问题:宇宙有边界吗?如果有,边界之外是什么?](https://www.dushu263.com/wp-content/uploads/2019/12/fdda3c2e1f704c18a7177c826ef06e92.jpg)
当我们抬头看星空,我们看不见这种玻璃大厅。空间太大了,光线需要几十亿年才能在宇宙来回一次,空间和时间在这种宏大的尺度里,意味着镜子里的影像不再一样。如果我们能呆在一个30光年宽的玻璃大厅里,我们看到的是30年前的自己。
我们的银河系大约存在有130亿年,几乎和宇宙一样久远,或许有一个遥远的银河镜像躲藏在夜空里。假设能看到它50亿或者100亿年前的样子,我们如何能认出它年轻时候的样子?
想象一下,如果整个宇宙就像一间房那么大,而空间能头尾相连地卷起来,那么每扇墙都是能通过对面的通道,往周围看,我们会看到自己的影像,就像在水晶里被多重复制,而且每个版本都能往回追溯一些。
爱因斯坦的相对论显示出宇宙是一种有弹性的类纤维结构,物质和能量都会影响它,爱因斯坦想象宇宙是一张平滑的毯子,无限延伸,但不表示它不能是有限的,而且是头尾连接卷起来的。
当发现地球是圆形之前,人类也一度有这样的疑问:地球是否是无限的?如果是有限的,地球的边缘会是什么,一直走到边缘会不会掉下去?而如今我们知道地球是圆形的,是有限的,没有所谓的边缘。但上升到空间更大的宇宙,也会像地球一样,是有限的吗?
目前的所有理论只是猜测,因为宇宙实在太大,远远超出了人类可观察范围,人类不可能像麦哲伦环游地球一样去环游宇宙,发现又回到了出发的位置证明宇宙真有限的。所有的不解或许都缘于人类本身生活在宇宙中,而不能走出宇宙,所有观察的事物都是片面的,或许存在更高的维度,当我们在高一级的维度里重新观察宇宙,会恍然大悟原来宇宙是这样的。但无论如何,人类智慧是无穷的,我们会不断挖掘更深的理论和更多的奥秘!