宇宙是否有盡頭?如果有,那麼宇宙盡頭之外是什麼?

@ 2017-03-05

三體迷【宇宙探秘專欄】隨著人類科學技術水平的不斷提高,人類對宇宙的認識也在不斷深入。在上個世紀20年代時,人類還以為銀河系就是宇宙的全部,而到了現在我們對宇宙的認知已經擴展到了九百多億光年的尺度。

宇宙探索似乎永無止境,那麼宇宙究竟存不存在盡頭呢?這是一個長久以來困擾著人類的問題。因為按照我們習慣性的思維,假設宇宙的盡頭是一堵牆,那麼自然就會出現這樣的疑問——牆後面又會是什麼?

對於這個問題,根據愛因斯坦的廣義相對論可以推導出一個有意思的結論——宇宙是有限卻無界的。要怎麼來理解這個所謂的「有限無界」呢?實際上,這需要從四維和三維兩個不同的維度來進行考慮。ps:這將所提的維度指的是空間維度,並非時空維度。

作為生活在三維空間的生物,我們要想像四維空間的樣子會非常抽象。因此,讓我們先從三維空間的思維出發,找個熟悉的對象——地球來做個類比。

從二維的角度來看,地球是沒有界的。任何想在地球表面上找到盡頭的行為都註定是徒勞。在這個球面上,我們可以無休止地繞其轉圈,不斷回到原點,但就是無法找到盡頭所在。然而,從三維的角度來看,地球是有限的——只不過是一顆漂浮在空間中的球體。

類似的,宇宙可能是個四維的球體,我們所見的一切都分布在這個四維球體的球面(即超球面)上。那麼對於處在三維空間的我們來說,可以環遊整個宇宙並回到起點,但永遠也找不到宇宙的盡頭。這就是宇宙的無界性的表現。而從四維的角度來看,宇宙又不過是一個四維的球體,顯然是有限的。這就是宇宙的有限性的表現。因此,從四維和三維兩個不同的維度來評判,宇宙是有限無界的。

值得一提的是,這樣的宇宙模型是對哈勃定律最簡單的一種衍生表述。如果我們把宇宙看成是一個正在膨脹的氣球,星系都印在了氣球表面,那麼對於任何一個星系來說,所有的星系都在不斷遠離,而且相距越遠的星系遠離的速度越快。

根據最新研究,科學家發現宇宙至少包含兩萬億個星系,是人類過去所知道的20倍,其中九成是最強大的望遠鏡也看不到的。

「對天文學來說,宇宙中的星係數量是一個根本問題,人類對逾九成的宇宙星系仍是一片空白,或許下世代的望遠鏡可以讓人類進一步探索宇宙,屆時誰知道會發現什麼樣的有趣天體?」

二十年來,天文學家使用哈勃太空望遠鏡(HST)深領域(Deep Field)影像,嘗試估計宇宙中的星係數量。

要計算整個宇宙中的星係數量是不容易的,因為用現在的望遠鏡,看不到絕大多數遙遠又微弱的星系,另一個原因是HST的深領域影像能覆蓋的面積,和浩瀚的宇宙天體相比,只能是百萬分之一,實在太渺小了。

最後,四維球體的宇宙又會是什麼樣的呢?在四維空間中是否有多元宇宙呢?對於生活在三維空間的我們來說這些無疑是非常難以想像和探知的。面對宇宙,永遠都要保持一顆謙卑的心去探索。


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