对于宇宙的规模与边际的疑惑,我们至今尚未找到确切的答案,或许永远也找不到解答。
然而,当前的普遍看法是:宇宙的规模是有界的有限体。这是什么概念呢?换句话说,宇宙的体积是有限的,尽管如此,有限的宇宙却没有界限,因为不存在界限,那么“宇宙之外”的问题便不存在了。
当然,仅仅给出如此简单的回答显然难以满足大家的好奇心。接下来,让我们深入探讨一下人类关于宇宙尺度与边界的理解。
关于这个问题,不仅科学家,包括普通民众甚至是孩子都充满好奇。许多人在童年时期可能都会问:宇宙的尽头是什么地方?那里是否存在一堵墙似的障碍?那墙的另一侧又会是什么?
事实上,我们的祖先也曾思考过类似的问题,但如果按照前面的逻辑去探究,我们绝不可能找到最终的答案,而且最终会步入死胡同,掉入自己设置的“陷阱”中,就如同俄罗斯套娃,永无止境。
那么,我们该如何理解宇宙的规模与边界问题呢?
首先,我们需要了解宇宙的定义。实际上,宇宙并没有一个严格明确的定义,通常我们将宇宙视为万物的总称,换句话说,一切的一切,无论是我们看得见的、看不见的,感受到的、感受不到的,都是宇宙的一部分,甚至时间与空间本身也是宇宙的构成要素。
在这样的定义下,因为宇宙包含了一切,自然就没有所谓的边界。假设宇宙存在边界,那么边界之外可能还是宇宙,因为如前所述,宇宙即万物之总和。因此,宇宙无界。
然而,上述的宇宙定义显得有些过于“霸道”,将万物囊括其中。一方面,这样的定义让我们无法提出“宇宙边界”的问题;另一方面,这样的定义过于宽泛、抽象,没有具体描绘出宇宙的实质。
从物理学角度出发,我们所说的宇宙通常是指由四维时空构成的集合体,具体包括时间、空间以及时空中的各种物质。时空和物质必须同时存在,它们是不可分割的。
这个定义可以从宇宙大爆炸理论中得到更具体的体现。
宇宙大爆炸理论提出,我们的宇宙源自138亿年前的一场大爆炸,当时宇宙收缩为一个体积极小的奇点,密度和温度极高。但显然,这样的奇点并非我们世界之物,因为在我们的世界里不存在任何极小的事物。这也是为什么有科学家认为奇点来自“超时空”,或者说“高维度”,尽管这个问题在此不做深入讨论。
总之,奇点的存在使得现有的物理定律失去作用,我们对宇宙的描述只能从奇点突然大爆炸后的一个普朗克时间开始,因为这是有意义的最小时间单位。
奇点开始膨胀,其速度远超光速,直至今日,宇宙的膨胀仍未停止。
于是,有人会问:“那个极小的奇点外面是什么?”
遗憾的是,我们并不知晓,或者说,不存在“奇点之外”的概念。在奇点开始膨胀之前,尚不存在时间和空间的概念,因而也没有位置的概念。
也就是说,奇点不存在于任何地方,因为它自身就是“地方”。
然而,我们习惯上认为所有事物都有内外之分,只有“内部”而没有“外部”的事物很难让我们想象和接受,而奇点恰恰就是这类事物。
事实上,一旦你接受了“奇点不属于我们所处的世界”,现有的物理规律对奇点无能为力,那么直接接受奇点的这种反常性质就容易多了。
然而,我知道许多人心中可能充满不满,甚至会感到愤怒:既然不知道,何必给出这种答案?这不是禁止我们探索“宇宙之外”的问题吗?
如果非要探寻的话,宇宙之外只能是“虚无”。这需要借助量子力学和量子场论来解释,但这是一个更大的话题。简单地说,绝对的真空或虚无是不存在的。因为真空总会随机产生量子起伏(也称量子涨落),瞬间产生虚粒子对然后消失。
说了这么多,你可能越来越感到困惑,不知道宇宙之外到底是什么。其实有这种感受很正常,为什么呢?
因为我们的认知是有限的,试图用有限的知识去理解无限的宇宙,这无异于“以卵击石”,是对大自然的忽视。
虽然人类拥有数百万年的历史,近几百年来科学发展迅猛,但我们掌握的知识依旧有限。
一个很有说服力的例子是,人类一直以为生活在物质世界中,而实际上我们错了。平时我们所见所感的物质仅占整个宇宙的5%,其余95%是暗物质和暗能量,这两者几乎完全不为人类所知。
科学家们通过探索得知,暗物质和暗能量遍布宇宙,甚至可能就在我们身边,但我们很难直接探测到它们的存在。
我们试图用有限的知识去理解庞大的宇宙,这难道不可笑吗?
从爱因斯坦的相对论来看,时空并非绝对的,而是具有弹性,就像一块可以弯曲、压缩、折叠的布料。这意味着,即使我们一直朝着某个方向飞行,也不可能到达所谓的“宇宙边界”,反而可能回到起点。
这就像我们在电脑游戏中,游戏中的角色从屏幕的一端走出,再从另一端出现。我们知道这只是游戏的设定,但游戏中的人物可能会问:“我所在的世界有尽头吗?”
还有,我们所在的四维时空存在光速的限制,这是四维时空的内在属性。这意味着,即使我们以光速飞行,也不可能到达宇宙的边界,因为宇宙一直在以超光速膨胀,我们无法跟上。
这就是为什么我一开始说“或许我们永远无法知道宇宙是否真的有边界”,这不是我们的过错。让渺小的人类去揭开“宇宙大小和边界”的谜团,这对我们来说太难了!
人类本身就是四维时空的一部分,这意味着我们的任何思维都受四维时空的束缚,必然带有四维时空的局限性,这种局限性无论如何都无法突破。
不要说探索浩瀚的宇宙了,仅仅几百年前,人类还认为地球是平的,“地平说”统治了数千年。不要嘲笑古人的“地平说”,如果抹去你现有的记忆,把你扔回几千年前的原始社会,你也会认为地球是平的。
所以,或许只有人类站在“上帝视角”,才能真正了解宇宙有多大!
如何站上“上帝视角”?
突破四维时空的限制!