宇宙的形狀是什麼?

商業掌柜 發佈 2020-05-22T12:04:37+00:00

自從哥白尼的日心說推翻地心說後,隨著人們認識的宇宙範圍不斷地擴大,不但地球在人們心中的特殊中心地位逐漸喪失,就連太陽、銀河系也是如此。人們從一個極端走向了另一個極端,人們甚至認為我們所處的宇宙「之外」更有新天地,我們的宇宙在圍繞更核心的東西在轉。

自從哥白尼的日心說推翻地心說後,隨著人們認識的宇宙範圍不斷地擴大,不但地球在人們心中的特殊中心地位逐漸喪失,就連太陽、銀河系也是如此。人們從一個極端走向了另一個極端,人們甚至認為我們所處的宇宙「之外」更有新天地,我們的宇宙在圍繞更核心的東西在轉。這不,有人就提出疑問:「宇宙會不會也是個球形,圍繞一個我們至今沒有探測到的核心在轉?」今天我們就來分析一下這個問題吧。

按照這個思維,我們不免要疑問:那個至今沒探測到的核心是否有更核心的東西可環繞?而更核心的東西是否有更更核心的東西可環繞?……

這樣下去,最終有兩種情形:

1,或者存在一個最核心的東西:

它不再需要環繞什麼了,不環繞什麼運動,也就不需要非得是球形。

這種情形――存在一個最核心的東西,實際上無非是把宇宙的範圍又擴大了而已。按照題意,這個更大宇宙不必要是球形,問題又回到了原來的起點。

2,或者像俄羅斯套娃、藝術雕塑那樣沒完沒了;

而這種情形的沒完沒了,表明宇宙是無限和開放的,那麼宇宙或者是平坦的,或者是馬鞍形的,而絕不會是球形的,因為球形是有限的。

因此按照這個邏輯分析下去,宇宙大機率不是球形。這似乎就是本題的答案。

實際上又如何呢?

1,先來看宇宙到底是有限無限?

宇宙到底是無限還是有限的,這決定於時空曲率,而時空曲率決定於宇宙的密度。根據弗里德曼的三種宇宙模型:

分別是開放(密度小於臨界,時空曲率為負值,形如馬鞍面),平坦(密度達到臨界,時空曲率為0,形如平面)和閉合(密度大於臨界值,時空曲率為正值,形如球面)。前兩者似乎說明宇宙是無限的,後者說明宇宙是有限的。

當然時空曲率還與膨脹率有關,因為宇宙是動態變化的。當初弗雷德曼找出了閉合這一種,說明了宇宙的有限無界。而當今科學家認為時空曲率應該是負值,宇宙是開放的。因為宇宙不但在膨脹,而且是加速膨脹,哈勃定律證明了這一點(這也是現代宇宙大爆炸理論的有力證據)。

那麼宇宙還能是有限的嗎?我的答案是:宇宙仍然是有限的。

宇宙一直在膨脹,那麼反推回去,宇宙必然在過去的某個時間點是一個點,換句話說,宇宙是從一個點開始的。這個點和對應的時間點分別是宇宙空間和時間的開端。根據現代宇宙大爆炸理論和精密的觀測,科學家計算出宇宙的年齡是138.2億歲,即使宇宙空間超光速膨脹,宇宙空間變得再大,經過138.2億年的膨脹,宇宙空間的大小最終還是有限的。總之,宇宙有開端,並且時間長短和空間大小都有限,這足以證明宇宙是有限的,即使它正在膨脹開放。

2,對宇宙有限無界的深入理解

人們常用一個二維球面表示宇宙的有限無界:一個二維生物沿著二維球面走,它永遠找不到頭,對於這個二維生物來說,這個二維球面是無界的,但這個二維球面是有限的,關於這一點,我們三維生物看得很清楚。但在我們三維生物(人)看來,這個世界並不是二維的,這個二維球面圍成了一個三維球體,這個二維球面恰恰就是這個三維球體的「邊界」。在我們三維生物看來,這個球體世界既有限又有邊界。

我們的宇宙並不是三維的,而是四維的。在我們普通三維生物(比如普通老百姓)看來,宇宙就是無限無界的。而在非普通三維生物(比如宇宙學家)看來,宇宙是有限無界的。同樣的道理,如果存在四維生物,那在我們眼裡的宇宙,在祂們眼裡也許就是既有限又有界的了(祂們就是同宇宙相同而共同並列於更高維的世界中,祂們也許就是人們常常掛在嘴邊的「上帝」――一個了解並能控制宇宙,但又不在宇宙中的生物。

至於那個更高維的世界,我們並不認識,也無法認識。但肯定的一點是:這個更高維的世界絕不是人們常說的平行宇宙)。因此從這個意義上說,宇宙是有限的。

3,宇宙的形狀

按照上面的理論,宇宙是開放的,那麼宇宙的形狀應該是馬鞍形。但實際上宇宙既不是球形,又不是馬鞍形,而是無形。如何理解宇宙的無形呢?由於篇幅原因,我們只做簡單解釋:

除了量子力學,包括愛因斯坦相對論在內的所有理論都是定域化的,愛因斯坦曾說過,超過光速的東西影響不了我們,作用不了我們,對於我們來說就是不存在的。

人們只能觀測到低於光速的,超光速膨脹的空間已經超出我們的視界看不到了。這個視界就是我們宇宙的「界」(此「界」非彼界),對於我們來說,那些超光速的東西已經不是我們宇宙的東西了,對於我們來說,那些有形的東西變成無形的了。對於我們地球來說是有形的、實實在在存在的星系,也許在我們地球人看來退行速度還不大的星系,對於別的星系的「地球」觀察者來說已經超光速,已經看不到了,對於他們來說已經是有形變為無形了。那個星系不屬於他們的宇宙了。同理,對於我們地球亦然。

小結

既然宇宙是這樣的無形,因此它就不是球形的。

絕不是這樣

在宇宙這樣的大尺度下,宇宙絕不像地球非得繞著太陽轉,太陽非得繞著銀河轉那樣的情況,真正的宇宙不存在繞著什麼核心轉的問題,宇宙可以不轉(包括自轉),而不用擔心它因為不繞著什麼轉而掉向哪裡,因為宇宙「外」的非時空足以「托」住它。

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