宇宙的“尽头”在哪里?三种不同的猜测,指向一个共同的答案
9月2日
宇宙是什么?
提起宇宙,脑海中就会联想到“地球之外的世界”,我们口中的世界指的就是脚下这个蔚蓝色的星球,人类的文明,人类的历史,人类的一切都在这个蔚蓝色的岩石行星上。可是,一山更有一山高,世界之外是更加广阔无边且波澜壮阔的“世界”。
“宇宙”就是人类“世界”的极限,它是时间和空间的总和,换句话来说宇宙就是“一切”,因为人类的物理定律和科学理论都只在宇宙中生效,宇宙之外的一切我们都无法合理的描述。人类只能在有限的范围内,尽量的对这个宇宙做出尽可能合理的解释。
宇宙的年龄是138.2亿年,一个“相对”比较准确的数字,现有的理论认为,在138.2亿年前无尽的虚无中,一个“奇点”发生了爆炸,宇宙在这场大爆炸中诞生,并且经历了短暂的“暴涨”阶段,也就是在很短的时间内宇宙的体积发生了巨大的变化,随后宇宙继续膨胀,并且不断的降温,最初的光和物质开始出现,随着第一颗恒星的诞生,宇宙逐渐演化成了今天的样子。
这就是“大爆炸宇宙模型”,一个曾经不被认可的宇宙模型,爱因斯坦在一开始并不认可这个宇宙模型,直到哈勃证明了宇宙中的其他天体在远离我们,也就是宇宙在膨胀的证据,爱因斯坦才愿意相信我们的这个宇宙在不断的膨胀,膨胀的原因就是宇宙诞生于一次“大爆炸”。
宇宙大爆炸理论带来了更多深层次的问题,比如说,宇宙大爆炸之前是什么?时间和空间是否存在?宇宙是否存在一个尽头,在宇宙的外边是什么?
传统理论认为宇宙无限大,且永恒存在,所以不需要考虑这些问题,宇宙大爆炸理论出现后,这些问题都需要人类一一考虑,因为宇宙既然存在一个“起点”,很可能也会在未来有一个“终点”。
那么宇宙是否存在“尽头”?
思考这个问题之前,我们要确定从什么宇宙模型去讨论,在“稳恒态”宇宙模型中我们不需要讨论这个问题,因为在这个宇宙模型中宇宙无限大且永远恒定,如果从“大爆炸宇宙模型”去讨论我们的宇宙,或许可以得到一个答案。
在宇宙学发展的过程中诞生了很多宇宙模型,没有一个宇宙模型是完全正确的,就算是现在最被认可的“大爆炸宇宙模型”也存在很多理论漏洞,其实不只是各种宇宙模型,人类现在的物理理论也是不那么完美的,相对论和量子力学之间存在矛盾无法相容,我们的理论还无法描述黑洞的内部,因为在黑洞内部物理理论就会失效,并且我们的物理定律只能描述普朗克尺度之内的一切,超过普朗克尺度后我们的理论同样会失效。
在“大爆炸宇宙模型”中,宇宙是有“大小”这个概念的,因为在最开始宇宙并不存在,只存在一个无限小且质量无限大的“奇点”,这个奇点爆炸后才诞生出了宇宙,也就是说宇宙经历了一个“从无到有”的过程,在这个过程中宇宙的体积不断变大,直到变成了今天的样子,现在的宇宙有多大已经是人类无法确定的了。
宇宙就像是一个膨胀的气球,站在气球表面的我们即使没有移动,也会因为气球本身的膨胀相互远离,站在地球上的我们感觉不到,因为太阳系内的一切都被太阳的引力吸引,跟随着太阳一起在围绕着银河系的中心运动,所以在银河系内部是感受不到宇宙在膨胀的,上升到银河系这样的宇宙尺度后,才可以发现宇宙中的其他星系在逐渐远离我们,距离越远的星系远离的速度就越快。
附近的星系都在远离银河系,仙女座星系是一个例外,银河系在和仙女座星系不断靠近,未来可能会发生一场“史诗级”的碰撞。宇宙膨胀还带了一个后果,那就是在一定距离外恒星发出的光永远无法地球,因为宇宙膨胀的速度在某个时间点超过了光速,所以恒星发出的光在移动一段时间后,就会跟不上宇宙膨胀的速度,“迷失”在宇宙中。
02宇宙的形状
想要搞清楚宇宙的尽头在哪里,还需要清楚宇宙的“几何形状”,宇宙中的实体都有一个外在形状,这个形状可以是固定的几何体,也可以是流体或者气体等不定型的状态,承载一切的宇宙,是否也有一个确定的几何形态呢?
根据现有的理论来看,我们的宇宙外在表现的几何形状可能有很多种,因为在大爆炸宇宙模型中,宇宙存在起点和开端,那么就证明宇宙存在一个确切的大小,只不过以人类现在的能力无法观察,既然宇宙的大小是有限的,肯定就存在一个所谓的“尽头”,搞清楚宇宙的形状,可以帮助我们思考宇宙的“尽头”究竟在何方。
关于宇宙的形状,科学家有很多的猜测,比如说最传统的观点认为宇宙是一个封闭的球形空间,爱因斯坦认为宇宙的形状就是一个封闭的球形空间,并且这个球形空间“有限无边”,他认为宇宙空间不存在“边界”,就像是我们在地球上环球旅行,向一个方向走下去,最终还是会回到起点一样。
另外的观点认为,宇宙的形状可能是“绝对平坦”的,科学家认为观察宇宙中光线的运动可以推论出宇宙的具体结构:
如果两束平等光线越来越近,那么宇宙结构是球形的;如果两束平行光线越来越远,那么宇宙结构是马鞍型的;如果两束平行光线永远平行下去,那么宇宙结构则是平坦的。
天文学家发现在整个可观测宇宙900亿光年内,光线都是沿着直线传播的,这代表我们的宇宙形状可能是“绝对平坦”的一个平面,也有可能是宇宙太大了,大到我们根本无法观察到光线移动时产生的细微变化。
不论宇宙的形状是什么,我们都无法找到宇宙的“尽头”,因为宇宙本身不是静止的,三种可能的猜测,其实都指向了一个答案“宇宙存在尽头,但是这个尽头在不断的运动”。
除非宇宙停止膨胀,否则我们无法找到宇宙的“尽头”,因为每一秒宇宙都在膨胀,身处宇宙之中的我们,找不到宇宙的尽头,或许只有离开宇宙,站在宇宙之外,才能看到宇宙的全貌。