好吧,我整个星期都在思考这个问题,我真的无法判断它究竟是令人着迷还是令人恐惧。也许两者兼而有之。
事情是这样的:当你仰望夜空时,你看到的并不是整个宇宙。你看到的是可观测宇宙——即自约138亿年前宇宙诞生以来,光有足够时间到达你眼睛的那部分。这个可见球体向各个方向延伸约460亿光年,这听起来很多(而且确实如此),但它可能只是……某个更大得多的事物中的一个街区。
现在,奇怪的地方来了。
视界问题(不仅仅是气候变化)
我一直以为,如果我们建造更好的望远镜,最终就能看得更远,逐步揭开整个宇宙的面纱。但事实并非如此。可观测宇宙不仅是我们当前技术的极限——它更是任何信息能够抵达我们的根本极限。永远如此。无论我们多么耐心,无论我们的仪器多么先进。
在那宇宙视界之外?宇宙仍在延续,但它的光永远不会到达我们。我们永远被困在这个小小的信息气泡中。
这就引出了一个显而易见的问题:在某个遥远的地方是否存在边界?或者它只是……无限延伸?
地球来帮忙(某种程度上)
思考宇宙尺度时美妙的一点在于,我们自己的星球为我们提供了一种理解它的方式。
想象一下站在地球上。无论你朝哪个方向走,你永远不会撞到墙。地面不会突然中断。然而地球显然是有限的——你不可能永远走下去而不最终回到起点。诀窍在于地球表面是弯曲的,它自我闭合。它没有边界,但确实有有限的面积。
那么宇宙是否可能以同样的方式运作?空间是否可能是有限的但没有边界,像地球表面的三维版本一样自我弯曲?
科学家实际上已经对此进行了测试。老实说,他们使用的方法非常巧妙。
三角形不会说谎(通常)
这里有一个派对小技巧:在一张平面上,任何三角形的内角和都恰好是180度。总是如此。这只是几何学。
但在弯曲表面上,情况就会变化。在橙子上画一个三角形,你的角度之和将超过180度。曲面迫使你的直线发生弯曲。
天文学家基本上已经对宇宙本身做了同样的事情。他们测量了跨越数十亿光年的巨大宇宙三角形,结果如何?角度之和几乎恰好是180度。空间看起来是平坦的。
但是——这是一个巨大的“但是”——如果你站在客厅里试图测量地球的曲率,你脚下的小块地板看起来也完全平坦。你需要在更大的距离上进行测量,才能检测到实际的曲率。
这就是宇宙的缩影。我们可观测的区域看起来是平坦的,但整个宇宙可能是弯曲的,只是我们无法从测量窗口内部检测到这种弯曲。
宇宙微波背景辐射:古老的光揭示一切
最有力的证据来自一种称为宇宙微波背景辐射的东西——基本上是大爆炸的余晖,这些光已经在太空中旅行了近140亿年。
这种光携带着模式,微小的温度变化揭示了早期宇宙的信息。科学家可以根据不同的宇宙几何结构,准确预测这些模式应该有多大。
如果空间强烈弯曲,那古老的光将沿着扭曲的路径传播,使这些模式看起来比预期的更大或更小。
我们看到了什么?正是平坦空间所预测的大小。
那么……案件结案了吗?
没那么快。正如我之前提到的,我们可能只是处在一个看起来平坦的弯曲宇宙区域中。一个恰好看起来平坦的街区。这感觉就像宇宙在向我们隐藏什么,不是吗?
令人不安的真相
让我夜不能寐的是:我们可能真的永远无法知道宇宙是无限的,还是只是荒谬地、难以理解地巨大。
视界之外的信息,从定义上讲,是永久不可访问的。这不是我们可以克服的技术限制。这是信息如何在时空中传播的一个基本特征。
我的一部分觉得这很美——在我们所能触及或看到的一切之外,存在着这个巨大的谜团。但另一部分却感到沮丧。我们生活在一个可以探测到黑洞碰撞产生的引力波、已经绘制出跨越数十亿光年的星系宇宙网的时代,然而关于宇宙大小的这个基本问题仍未得到解答。
也许这没关系。也许有些谜团注定要保持神秘,至少目前如此。或者也许某位杰出的科学家会想出一个我甚至无法想象的巧妙变通方法。
你怎么看?有限但无边的宇宙这个概念对你来说同样令人震惊吗?留言评论——我很想听听你对这个宇宙谜题的看法。
如果你和我一样对这类事物着迷,你绝对应该去查看原始研究。善意提醒:你可能会在宇宙兔子洞里迷失几个小时。