或許每個人在幼年時期都產(chǎn)生過相似的迷惑,那就是“星空究竟要延伸到什么地方才會停止?”
孩子們并沒有意識到,自己小腦袋里的疑惑,其實也是古往今來無數(shù)先賢智者們想要弄清楚的關于世界的終極問題。
有很多學者都提出過自己的答案,但以人類目前的發(fā)展水平,又幾乎沒法驗證那些答案。不過,這并不妨礙我們普通人去了解一下那些優(yōu)秀科學家們對這個問題的回答。
可觀測宇宙的邊界
想象有一個人站在一片茫茫無邊的曠野之上,曠野完全被黑暗籠罩,唯一的光源是這人手里提著的一盞小燈。
根據(jù)生活經(jīng)驗,我們很容易就能想到,這盞燈的燈光灑向哪兒,這人就能看清哪兒;燈光沒照亮的部分,對這個人來說就仍然是一片未知的朦朧。
將這個經(jīng)驗放在宏觀尺度上其實也成立。我們所能“看”到的星空,其實是一個以我們自己為中心,半徑極其龐大的球形區(qū)域。當然,這里所說的“看”并非是用眼睛去看,而是指人類用各種設備去探索收集數(shù)據(jù)。
這個區(qū)域?qū)嶋H上是自宇宙誕生以來,我們能接收到的最遠的光經(jīng)過的區(qū)域。比它更遠的光,因為時空本身在不停地變大,沒辦法跑到我們的儀器這兒來,所以我們完全不清楚更遠的地方到底是什么情況。
這個描述有點反直覺。生活中的光源能照亮的范圍是有限的,那是因為光線前進時會被空氣、塵埃、水汽等吸收掉。星空中的光,難道不應該長久地跑下去,最終抵達太空的每個角落嗎?怎么還會有一個“光能經(jīng)過的區(qū)域”呢?
在不考慮吸收損耗的情況下,星空中的光確實會一直跑下去。但太空本身也在變大,導致光會追不上太空變大的速度。
就像氣球上有一只螞蟻試圖爬向一顆面包屑。如果面包屑距離螞蟻足夠遠,而這只氣球可以一直膨脹下去,膨脹的速度大于螞蟻的爬行速度,這只螞蟻就無論如何也吃不到這顆面包屑了。
太空的膨脹就和這個氣球類似。大約138億年前,一場前所未有的爆炸事件發(fā)生了。伴隨這次巨大的能量噴發(fā),一切開始迅速擴散,所產(chǎn)生的光芒也開始向所有方向蔓延。
光是我們目前所知道的在真空中傳播最快的信號,但即使它已經(jīng)跑得足夠快,也仍然是需要時間傳送的。
而時空本身也一直在延展。138億年前的光終于抵達人類設備的那一刻,它出發(fā)的那個位置由于空間的膨脹,如今已經(jīng)和地球相隔465億光年了。
這個數(shù)字就是我們憑借現(xiàn)有手段能夠“看”到的太空的半徑,超過這個半徑之外的光,就像那只吃不到面包屑的螞蟻,永遠無法與我們相遇。如果以“能接收到光信號”為標準,那我們所能認識的太空的邊緣就在465億光年之外。
但那并不是一道能觸摸到的屏障,也不是物質(zhì)的終點,在這個范圍之外,應該還有著更大范圍的時空,只是那里的光無法抵達地球,所以我們無法真正“看”到。
即使真的存在一個無比強大的設備,能夠讓人類一睹465億光年之外,那我們眼睛接收到的,應該是這片太空小時候的樣子,是時間最初的光芒。
構(gòu)想中的星空邊緣
其實我們所進行的所有關于時空的討論,都不可避免地滑向了猜想。盡管我們無法真正探測到時空的全貌,但探索者們通過數(shù)學推導和觀察資料,提出了許多時空構(gòu)想。
有人曾經(jīng)提出過一種“有限而無邊”的時空構(gòu)想。他認為,如果太空中的物質(zhì)密度足夠大,那么產(chǎn)生的空間作用會導致宇宙形成一個自我封閉的形態(tài)。就像螞蟻在籃球表面上爬行,它可以一直向前爬,永遠不會爬到盡頭,但這個籃球并沒有無限變大。
還有一些學者提出了多重時空的構(gòu)想。比如有的研究者就認為可能存在大量不同的真空狀態(tài),每一種都可能對應一個具有不同物理規(guī)律的時空。
按照這個想法,我們所在的世界只是眾多世界里的一個,除此之外還有許多其他世界,它們運行的規(guī)律可能和我們完全不同。
在某些時空中,光可能跑得更快;在另一些時空中,引力常數(shù)可能更弱;甚至可能還有某些時空,就是我們在虛構(gòu)作品中欣賞到的那些仙魔妖世界。
在這個框架下,時空的邊際就是一層“膜”,如果這個構(gòu)想是真的,而我們又能真的抵達這層“膜”,那也許會發(fā)現(xiàn)我們這個世界所有物理定律、數(shù)學定律都在那里具象化了,來自膜另一側(cè)的信息在那里向我們大范圍泄漏,各個世界的不同畫面在那里沖突交融。
但想要穿過它可能需要克服巨大的能量壁壘,或者一旦突破,人類現(xiàn)有的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都將瓦解重組。
還有一種“循環(huán)時空”構(gòu)想。這個構(gòu)想認為宇宙并非只誕生一次,而是經(jīng)歷著很多次“爆發(fā)-收縮-爆發(fā)”的過程,每次循環(huán)并非完全從頭開始,而是會繼承前一個時空的某些特征。
在這個構(gòu)想中,時空沒有絕對的開始和結(jié)束,因此也沒有傳統(tǒng)意義上的“盡頭”。所謂的盡頭只是當前循環(huán)的結(jié)束,就像年末是新一年的開端。
如果能抵達這個盡頭,也許會看到很多種不同的歷史演化過程被壓縮成類似平面的存在,過去和未來在這里共存,或許在某一次循環(huán)中,人類從未出現(xiàn),或許在某一次循環(huán)中,恐龍成為了世界的主宰。
結(jié)語
當我們試圖思考這些宏大問題的時候,總覺得“糾結(jié)”?;蛘?,這說明人腦本身的特性也是一種邊界。
我們的腦子,從古至今考慮最多的是解決生存困境,先祖?zhèn)兛紤]狩獵采集,我們考慮上班工作。人腦似乎并不是為了去理解時空奇點、時間盡頭這種宏大的問題而進化的。
我們的直覺和思維方式已經(jīng)被日常經(jīng)驗牢牢占據(jù)了,一旦進入極端物理領域,好像所有的東西都變得反直覺起來。
就像有些理論說時空可彎曲,有些理論說生物可以處于生與死的交織狀態(tài),它們完全脫離了我們的感官經(jīng)驗,我們很難真正想象彎曲的時空,或者一個沒有“之前”和“之后”的創(chuàng)世時刻。
這種人腦的局限性,其實影響了我們探索外界的方式。我們可以理解地球上的大部分事物,但如果探索目標變成地球之外的物質(zhì),由于那些物質(zhì)不符合我們的認知方式,使得我們可能根本無法真正“看清”它們的全貌。
即使是人類中最厲害的探索者,通過理論和物理學構(gòu)建出的模型,本質(zhì)上依然是被人類的思維扭曲過的?;蛟S,是我們的理解方式從根本上就跑偏了。
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