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宇宙之外是何模样 初始大爆炸如"猛吹气球"(图)

http://www.kexue.com 2013-12-09 08:58:57 腾讯科学  发表评论


科学家认为宇宙大爆炸如同吹起来的气球,我们则存在于气球的表面上,如果我们看得越远,总有一天会看到自己的后脑勺儿

  科学家已经发现我们的宇宙年龄大约在137亿岁左右,在暗能量的“驱动”下宇宙正处于加速膨胀的状态中,这是目前对宇宙状态的一种普遍性看法,但如果说宇处于膨胀之中,那么宇宙之外的“空间”是什么样的呢?宇宙膨胀的结果会是什么呢?任何一位天文学家都不能给出确切的答案,有研究认为宇宙之外的事件并不被定义,或者说宇宙之外发生的事件也可以是宇宙的一部分,这个问题显然不能通过传统的四维时空来思考,无论宇宙是无限还是有限的体积,在高维时空的框架下宇宙都没有边缘,更不用说宇宙的外面是什么了。

  137亿年前的一次大爆炸中诞生了我们的宇宙,但是我们不用能三维空间的概念去想象这样的爆炸,因为我们所认为的爆炸是物质能量从一个很小的空间中“释放”出来,因此也就有了“里面”和“外面”之分。宇宙大爆炸的思维简化版可以通过蚂蚁和气球的思想实验来验证:一只蚂蚁在气球表面上爬行,对于蚂蚁而言气球在某个“微分”状态的是个平面,蚂蚁认为它处于一个平面上,随着气球不断膨胀,气球逐渐有了更加明显的三维形状,而这只蚂蚁依然在巨大的气球表面上爬行,它显然不知道它目前处于一个三维空间的一个二维平面上,这就像适应三维空间的人类不知道自己处于高维空间的某个多维结构上。

  假如这个气球代表了整个宇宙,那么星系就是在气球的表面上存在,气球不断膨胀的同时,气球表面上两个点的距离也会不断扩大,这就是我们现在所认为的红移,其结果是星系远离我们而去。二维生物不能理解不断扩大的三维物体,就像三维生物不能理解高维空间发生的事件一样,有研究称如果我们不断研制超级望远镜,可以看到非常非常遥远的宇宙,那么你有一天可能看到自己的后脑勺儿。宇宙加速膨胀对我们研究宇宙并不是个好消息,因为我们需要花更长的时间才能“绕”宇宙一圈,并重新返回原来的空间中,这个理论有一个非常哲学的推论:如果你的运动速度越快,那么你只是缩短返回原来状态的时间。

  还有一个比喻也比较类似,宇宙膨胀就像是烤箱中的葡萄干面包,随着烤箱的温度上升,面包也出现了膨胀,从任一一个葡萄干的角度看,周围的葡萄干都在远离自己而去,我们从任何一个葡萄干选择任一一个方向出发,最终将会返回原地。这些比喻都是基于三维空间的思考,如果我们是四维空间加一维时间的生物,那么情况就更加有意思了。(罗辑)

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