一个可能永远无解的问题:宇宙到底是有限的还是无限的?

宇宙时空探索 2024-11-16 17:55:27

站在星空之下,仰望星河,仿佛自己与亿万星辰的距离被拉近,那星辉穿越数百万光年,甚至数十亿光年的寂静,或许那星星已消逝,或许正走向灭亡,或许它正如太阳般,正处于生命的壮年。

然而,对那些了解银河系和宇宙的人来说,银河系拥有的恒星数量惊人,远超我们肉眼所见的几千颗。而在银河系之外,还分布着超过1500亿个星系,每个星系又包裹着众多星体。我们的大脑在试图理解这庞大的数字时,几乎显得力不从心,因此,人们普遍认为宇宙是无垠无际的。但这真的是事实吗?宇宙究竟有没有边界,是有限还是无限?

这个问题的答案并非直观。

关于宇宙的界限,最初的回答是响亮而肯定的——未知。我们可以确信的是,138亿年前发生了大爆炸,这标志着我们可见的宇宙纪元。然而,由于宇宙在膨胀,我们所能观测到的每一处都在加速远离我们,我们目前能探测到的最远光线大约来自460亿光年之外。因此,我们所知的宇宙至少有920亿光年之广。可能事实上远超这个数字,只是我们无法知晓。自大爆炸以来,那个普遍认为的“宇宙边缘”传来的光线,尚不足以穿越广袤的宇宙到达地球或我们的卫星。

关于宇宙的本质和它的起源,大多数人可能简单地设想大爆炸发生在一片空无一物的虚空中,那里没有能量、没有物质,突然开始急剧膨胀,不可思议地涌现出能量和物质,最终形成了我们今天所见的星系团、星云和恒星等。

但这只是对大爆炸的一种简化理解,专家们普遍不以此作为深入研究的依据。理解大爆炸的关键在于,它并非从影响空间其他部分的一个点开始,实际上,整个空间都参与了这场爆炸,它曾经被压缩在一个近乎无限小的空间里。

大爆炸最初的瞬间,宇宙的物质密度和体积相对均匀,但随着冷却和分化为原子,质量聚集区和空洞区变得更加清晰。所有的能量和物质开始膨胀,以光速远离彼此;同时,物体之间的空间也在膨胀(速度甚至可能超过光速)。

这便是我们能够探测到来自465亿光年之外的光线的原因,尽管我们的宇宙仅以当前的形式存在了138亿年。

这似乎表明了宇宙有一个“边缘”,仿佛从理论上可以走出这个“边缘”,从外部观察宇宙。然而,我们并没有证据证明存在这样一个“边缘”,这也为宇宙无限的理论提供了坚实的支持。

宇宙真的会是无限的吗?

对人类大脑而言,任何事物的“无限”概念都是难以理解的。我们的存在被定义于边界和限制之内,因此“无穷无尽”的概念几乎无法想象。然而,如果宇宙是无限的,那么在宇宙的其他角落,存在完全相同原子和分子排列的可能性——不管多么微小——是存在的。进一步推理,还有可能在宇宙的另一个地方存在一个完全相同的地球,生命以相同的方式进化,意味着在这个无限的宇宙中,存在另一个“你”。

这听起来像是科幻小说,但这些讨论“无限”时必须面对的议题。尽管这些想法看似荒诞,但反驳它们却无从谈起。这听上去或许像科幻,但这正是讨论“无限”时不得不面对的领域。虽然这些想法看似不可能,但却无法找到反驳它们的方法。

一些理论家和天体物理学家,包括爱因斯坦在内,试图描绘出宇宙的“形状”。在爱因斯坦的理论中,时间和空间可以弯曲甚至折叠。其中一个流行的宇宙形态理论是“闭环”。想象一下,就像人们曾经认为地球是平的,因为只能看到地平线而忽视了地球的曲率,认为它是一个球体。

在更大的宇宙尺度上,当我们观察整个宇宙,它看似平坦,像一张纸,没有可观察到的曲率。然而,如果继续观察宇宙的“对面”,期望能找到像地球上所能见的重复模式,一个人如果沿着一个方向走足够远,最终会回到原点。

尽管目前我们无法看到宇宙的曲率,但据推测,如果宇宙至少是我们目前观测到的宇宙的250倍大,它仍然有可能形成闭环(超出我们的认知能力)。虽然这会使宇宙的体积比我们目前看到的大数十亿倍,但这是可能的。考虑到这些理论上的限制,宇宙仍然被视为有限的。

关于大爆炸、宇宙的大小和形状、多元宇宙、暗能量、暗物质以及数十个其他神秘议题的讨论,持续吸引着那些毕生致力于观测星辰的专家。科学家和学者渴望确定性答案和可测量的数据,但当你探讨的是宇宙这样难以想象的庞大尺度时,明确的答案往往难以寻觅,或者根本无法验证。随着对真理的探索不断前行,人类或许需要接受这样一个事实,即有些奥秘可能永远无法解开。

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简介:用通俗的语言诠释科学