宇宙真的有边界吗?如果你逐渐放大可观测宇宙,你会看到什么?

抒情君 9

无论对于哪个时代的人类而言,宇宙都是浩瀚广阔的。虽然我们和古时候的人相比,增加了多太空的许多,看似在这个问题上比他们走得远了,但是当哈勃望远镜带来宇宙边界的情况,我们才知道自己的渺小与悲哀,从这个角度来说,我们和古时候的人在宇宙面前并没有太大的差别。

如果未来人类科技发展到足够的高度,能够使用某种技术前往宇宙的边界,会看到什么景象呢?科学家介绍道,要搞明白这个问题,首先要明白宇宙的边界到底是什么。

根据爱因斯坦相对论,在我们的三维宇宙空间内部,光速是最高的速度,任何物体的速度都不可能超越它。但是科学家特别强调,爱因斯坦当初强调物体这个概念,他真正要传达的物理意义是指具备静止质量。什么是静止质量呢?它真正的意义需要从量子力学的微观层面进行一套繁复的解释,但是对于普通读者而言,相对于目前惯性系而言处于静止状态时具备质量这样的解释就足够了,简单说来,就是处于静止状态时具有质量

也许有人会说,这不是废话吗,任何东西当然都是具有质量的。其实不然,比如唯一能真正达到光速的光子,就不具备静止质量,只有运动的时候才具备质量。

为什么要讲这个看似和宇宙边界无关的概念呢?其实它们有着非常基本的关系。正是因为宇宙中的另一种速度超越了光速,所以才有了宇宙的边界。而它的超越光速并没有违反爱因斯坦相对论,恰恰就是因为它不具备静止质量,它就是我们非常熟悉的一种事物:空间。

根据宇宙大爆炸理论,宇宙从诞生之初就开始膨胀,并且这种膨胀到现在也在进行着。而宇宙膨胀的实质是什么呢?其实就是空间的膨胀。你可以把宇宙的空间想象成一块馒头,不同的星系就像是镶嵌在馒头里的芝麻,当这个馒头不断膨胀地时候,任意两个芝麻之间的距离就会越来越远,而不同的芝麻之间互相离去的速度是不同的,比如靠近馒头中心的两个芝麻间的这种速度就比较小,而馒头左右两个边缘位置的两个芝麻间的这种速度就很大。而两个芝麻相隔的距离越远,这种互相离去的速度就会越大。

读到这里,你是不是意识到了什么严重的问题?

没错,那就是在我们真正的宇宙里,这种星系之间相互离去的速度会随着星系之间距离的增加,而越来越大。但是另一方面,光速不变定律作为一个上限,似乎和这种无限增加的速度之间存在着一种矛盾。

这时候,宇宙边界的状况就产生了。当两个星系之间的距离远到了那种互相离去的速度达到光速的时候,另一个星系产生的光,即便向着这个星系传播,它的传播速度也小于空间的退行速度,所以它永远无法传到这个星系。这个距离是多远呢?它就是天文学上很典型的可观测宇宙范围,即465亿光年。根据这个原理,在465亿光年之外的星系,我们在地球的位置是永远无法观察到的,而天文观测到的实际情况也和这个结论一致。这就是那个令人感到绝望的宇宙的边界。

如果某天人类能够到达宇宙的边界,会看到什么呢?科学家分析认为,根据现在既有的科学知识,会有三种可能的情况。

第一种是和我们能够观测的宇宙类似,由无数的星系、星云、类星体、黑洞组成的宇宙空间,延绵向着更远的地方传播开来。科学家认为,这是根据现有常识最容易做出的一种推论,也是最没有趣味的一种。

第二种情况有点烧脑,有可能我们现在能观测到的宇宙,仅仅是另一个宇宙中非常小的一种微粒。在那个宇宙里,不同的微粒又重新构成一个五彩缤纷的世界。一个宇宙中的无限大趋近于另一个宇宙中的无限小,彼此之间环环相连,构成真正的宇宙全景。科学家介绍道,量子力学上的很多前沿研究现象,已经多次暗示这种情况的可能性,如果某天人类真的来到宇宙边缘,极有可能看到这个景象。

第三种情况属于弦理论预言的不同维度宇宙的交叠。科学家介绍道,这个情况中宇宙的边界概念要稍微换一换,它不再指465亿光年那样无限遥远的地方,而是弦理论中预言的无限小的粒子:弦。在不同的弦的层面,粒子间使用特定的物理法则,使不同维度的宇宙之间产生联系。当人类的科技能够突破弦的尺度时,也许我们就能够打开宇宙边界的大门,看到一幅全新的景象了。

虽然宇宙边界的问题让处于这个时代的我们感到非常无助,但是人类发展的速度是在加速进行的,也许仅仅50年后就会成为另一幅无法想象的样子。人类真正能够接触宇宙边界的那一天,也许在千百年之后会真正地到来,那时候会是多么高兴。

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