現代科學理論告訴我們,宇宙一直在膨脹,膨脹速度很快,遠超光速。有人就會有這樣的疑問,宇宙到底朝哪個方向膨脹?宇宙的外面又是什麼呢?
事實上,不僅僅是如今的我們,人類從古時候就開始思考類似這樣的問題了。
不要以為古人的智慧不如現代人類,事實上他們也很聰明的。古人就曾用一個最簡單的假設來思考宇宙的邊界問題。
一個弓箭手拿著一把弓和箭,不斷朝前射箭。箭落下來之后,在箭落下的地方撿起箭,繼續朝前方射箭。
就這樣一直重復同樣的動作,最終這個弓箭手會不會遇到類似一堵墻的障礙物,阻礙他繼續射箭呢?
這堵墻就是古人們假想中的宇宙邊界。如果存在這樣一堵墻,那麼墻的另一邊是什麼呢?
古人就是用這樣樸素的思維模式去思考宇宙的大小和邊緣問題的,相信如今的很多人仍然會這樣思考問題。
就好比很多人一直弄不清楚,如果一直朝著一個方向走下去,最終會到達甚至穿越宇宙邊界嗎?
現代宇宙學告訴我們,答案是否定的。
因為宇宙根本沒有所謂的「邊」。宇宙是萬事萬物的統稱,所以,所有的東西都在宇宙的「里面」,根本沒有「宇宙外面」這種概念。
不過我相信很多人對這種解釋并不服氣,這也很正常,畢竟日常生活經驗告訴我們,任何事物都有里外之分,有里面就有外面,不會存在「只有里面沒有外面」的東西。
但生活經驗往往會「害」我們,因為生活在狹小空間里的我們,很容易形成一種固有思維模式,會被眼前的所見所謂束縛住,從而導致認知上的偏差。
比如說,假如你穿越到幾千年前的古代,告訴古代人類地球是圓的,你猜他們會有什麼反應?
肯定會以為你是瘋子,甚至是精神出了問題才會說地球是圓的。他們活了一輩子,看到的地球都是平的,怎麼可能是圓的呢?
任何時代都有認知的局限性,這種局限性是很難突破的,我們也是一樣。
天文學家們通過對深空的不斷研究發現,宇宙具有各向同性,也就是說,無論在任何星球上,無論朝哪個方向看,宇宙的分布基本上都是一樣的。
可觀測宇宙的直徑就是在這種理念下測量出來的,以地球為中心測量出來的,直徑大約為930億光年。
你可能會質疑:拜托,地球怎麼可能是宇宙的直徑?這也太搞笑了。
地球確實不是宇宙的直徑,但這并不影響測量結果。剛才說了,宇宙具有各向同性,意味著無論在任何地方測量,得到的結構都是930億光年。
這說明了什麼?說明宇宙并沒有中心,但可以說宇宙處處是中心,以任何地方為中心,測量的可觀測宇宙直徑都保持不變。
而這恰恰說明了一個事實,宇宙是沒有邊的。雖然更多的研究表明宇宙的大小是有限的,但有限的宇宙并沒有邊,也就是說宇宙是「有限無邊」的。
可以這樣形容我們不斷膨脹的宇宙。把宇宙比作一個不斷膨脹的氣球表面。注意,這里說的是「氣球表面」,而不是氣球本身。
我們就像在氣球表面爬行的螞蟻一樣,螞蟻無論朝哪個方向爬行,對于它來講都不可能爬到氣球的邊,因為氣球表面根本就沒有邊嗎,沒有盡頭。
而且,在螞蟻眼里,無論朝哪個方向看,看到的都大同小異,沒有什麼區別,這實際上就是剛才所說的「各向同性」。
退一萬步講,即便是宇宙有邊,因為宇宙一直在超光速膨脹,而我們的速度又不可能達到光速,也就不可能到到宇宙的邊緣。
實際上,我們的宇宙空間并不是平坦的,不是一成不變的。根據愛因斯坦的廣義相對論,我們所在的四維時空可謂「彈性十足」,就像一塊彈性布料那樣,可以伸縮,扭曲,拉扯。任何物體都可以如此影響周圍的時空結構。
這就意味著,你所認為的朝著一個方向飛行,實際上只是沿著彎曲的時空做測地線運動,只是因為你身在其中,根本感覺不到而已。
這就意味著,如果一直朝著你認為的一個方向飛下去,最終你很有可能回到原點,也就是你的出發點,而不會到達宇宙的邊。
再者,我們本身就是宇宙的一部分,是四維時空的一部分,這意味著我們到達的任何地方都屬于宇宙,都是四維時空。假設我們來到了宇宙的外面,意味著那里不是宇宙,但我們本身就屬于宇宙,這就前后矛盾了。
當然,幾千年以來的固有思維是很難擺脫的,我們很難想象也很難接受一個「只有里面,沒有外面」的宇宙,很難接受「有限的宇宙卻沒有邊」的事實。也總會強迫自己去思考「宇宙外面到底是什麼?」這類問題。
比如說,宇宙誕生于138億年前的奇點,那麼宇宙誕生之前又是什麼呢?
從現代物理學角度來講,這種問題沒有實際意義,因為時間和空間都是隨著宇宙大爆炸才誕生的。 沒有時間概念又哪來的「之前」呢?
但我知道很多人很難接受這種答案,看起來更像是玩文字游戲。
好像量子力學給了我們一線光明,讓我們「宇宙大爆炸之前」到底是什麼,雖然仍然是猜測,但也能給我們一些啟發。
量子力學認為,宇宙大爆炸并非誕生于「無中生有」,奇點之前一直存在著一種「混沌狀態」,用科學術語來講就是「到處充滿量子漲落」的真空狀態。
虛粒子對可以隨機衍生出來,然后瞬間湮滅。不確定性原理告訴我們,某些虛粒子對有一定幾率不會湮滅,這就是奇點形成的基礎。
雖然這種幾率很低,但根據量子力學,幾率再低,也總是會發生!