宇宙时空 宇宙之外有什么?

宇宙之外有什么?

分享

【新三才首发】Paul M. Sutter是纽约州立大学石溪分校及Flatiron研究所的天体物理学家,也是《Ask a Spaceman》和《Space Radio》的节目主持人,以及《在太空中会怎么死》一书的作者。

这可能是你问过的最引人注目的问题之一,人类从一开始就一直在问:超出了已知的极限会是什么?越过我们地图的边缘是什么?这个问题的终极版本是,宇宙边界之外是什么?答案则是……嗯,这很复杂的。

要回答宇宙之外的问题,我们首先需要准确定义「宇宙」的含义。如果你把它理解为所有空间和时间中可能存在的所有事物,那么宇宙之外就不可能有任何东西。即使你想像宇宙的大小是有限的,然后你想像在那个体积之外有些东西,那么外面的任何东西也必须包括在宇宙中。

即使宇宙是一个没样子的、无形的、无名虚空的,但宇宙之外的它仍然是一个东西,被算在「所有事物」之列——因此,根据定义,它就是宇宙的一部分。

如果宇宙的大小是无限的,你真的不需要担心这个难题。宇宙无边无际,无限的大,没有边缘,甚至都无法说甚么是宇宙之外。

哦,当然,我们可观察到的宇宙区域是有一个外部。宇宙只有这么「老」,而光传播得这么快。所以,在宇宙的历史上,我们并没有接收到所有银河系来的光。目前可观测到的宇宙宽度约为900亿光年。据推测,在这个边界之外,还有一堆其他杂乱的恒星和星系。

但再出去会是甚么?这很难说的。

曲率的情况

宇宙学家不确定宇宙是无限大还是非常大。为了测量宇宙,天文学家转而观察它的曲率。宇宙大尺度的几何曲线让我们知道它整体的形状。如果宇宙在几何上是完全平坦的,那么它可以是无限大的。如果它是弯曲的,就像地球表面一样,那么它会是有限体积的。

目前对宇宙曲率的观察和测量表明,它几乎是完全平坦的。你可能认为这意味着宇宙是无限大的。但事情没那么简单。即使在平坦宇宙的情况下,宇宙也不必无限大。以圆柱体的表面为例。它在几何上是平坦的,因为绘制在表面上的平行线始终保持着平行(这是「平坦」的定义之一),但它的大小是有限的。宇宙也可能是这样:它可以是完全平坦的,但又是自我封闭的。

但即使宇宙是有限的,也并不一定意味着有边缘或外部。可能我们的三维宇宙嵌入在某个更大的多维结构中。这没有问题,它确实是一些奇特的物理模型的一部分。但是目前我们还没有办法测试它,而这一点也不会影响宇宙的日常运行。

我知道这非常令人头疼,但即使宇宙的体积是有限的,也不必嵌入在甚么之中。

视角问题

当你想像宇宙时,你可能会想到一个巨大的球,里面装满了恒星、银河系和各种有趣的天体物理的物体。您也许会想像它从外面看的样子,就像宇航员从上方宁静的轨道上观察地球一样。

但是宇宙并不需要那种外部视角才能存在。宇宙就是这样的。在数学上,定义一个三维宇宙而不需要该宇宙的外部是完全自我一致的。当你把宇宙想像成一个漂浮在虚无中的球时,你就是在给自己玩数学上不需要的心理把戏。

诚然,听起来不可能有一个无任何外部东西的有限宇宙。甚至不是虚空意义上的「无」——这完完全全在数学上没有定义。事实上,问「宇宙之外是什么」?就像问「紫色发出什么声音」?这是一个无意义的问题,因为你试图将两个不相关的概念结合起来。

很可能我们的宇宙确实有一个「外部」。但同样的,情况也并非一定如此。数学中没有任何东西可以描述需要有外部的宇宙。

如果所有的这些听起来很复杂和令人困惑,请别担心。开发复杂数学的全部意义在于拥有使我们能够处理超出我们想像的概念的工具。这就是现代宇宙学的力量之一:它使我们能够研究难以想像的事物。

(编译:心宇)

(责任编辑:姜启明)

(文章来源:新三才首发)

留下一个答复

Please enter your comment!
Please enter your name here