宇宙到底有多大 ?宇宙有没有尽头 ?带你探索宇宙的“边境”-小鸡问答

宇宙到底有多大 ?宇宙有没有尽头 ?带你探索宇宙的“边境”

来源网络 430

宇宙有没有尽头这个问题我猜很多人都想过,反正我有想过,小的时候觉得宇宙挺不可思议的,它是无穷无尽的吗?在我的小脑袋里是理解不了无穷无尽是一种怎样的状态的……那它是有尽头的吗?那假如我走到宇宙的尽头会怎么样?会看到什么?……这个问题那时的我怎么想也想不通……

现在看来,宇宙当然是没有尽头的,万一有尽头,走到尽头怎么办?撞墙吗?还是一脚踩空?是不是想想都觉得搞笑……

平直空间的疑难

在一百年多年以前,人们一直都认为空间是平直的,但正经人都不会认为他是有尽头的,不然就会发生上述的古怪事情,比如走到尽头会被撞得人仰马翻,又或者一脚踩空掉沟里去……问题是这墙有多高?爬过去又是什么?这沟有多深?掉到底又会怎样?

很显然都无法回答,要么就是无限高,无限深,但既然都是无限,那要它何用?还不如直接说宇宙是无限的呢……没错,那时的正经人就是这么想,宇宙就是无限的,这可以避免很多问题。

解决无限疑难的最佳答案——有限无边的弯曲空间

直到105年前,有个叫爱因斯坦的不良青年……嗯,好像已经不太青年了……他用一套叫做广义相对论的科学理论告诉我们,空间是弯的,你们都是弯的……于是大家都弯了……

但是一个弯了的宇宙就不可能是无限的,因为它最终会首尾相接形成一个闭合的空间。因此,爱因斯坦根据广义相对论提出一个全新的宇宙——超球面宇宙。在超球面宇宙里,空间是有限的,它由于弯曲使自身在有限的距离上闭合成一个三维的超球面了。那么这个有限的超球面宇宙有尽头吗?同样没有。

超球面宇宙既然有限,为何没有尽头?原因其实前面已经说了,因为超球面弯曲至首尾相接了,当你出发走到宇宙的尽头就会发现你其实回到了起点。如果觉得三维超球面不好理解,你试着去掉一个维度变成一个二维球面就很好理解了,你从球面的任意一点沿着二维面(是二维不是三维,刚才已经去掉一维了)向任意一个方向移动一定距离后,就发现你又回到了原点,而你所移动的距离就是三维球体的赤道面的周长。

爱因斯坦的超球面宇宙模型一次性解决了我小时候两个想不通的问题:无穷无尽的宇宙是怎么样的?有限的宇宙尽头又是怎么样的?

原来宇宙既可以有限,又可以没有尽头……我对爱因斯坦的敬佩犹如滔滔江水绵绵不绝……

时间不高兴——超球面宇宙膨胀了

后来,天文学家哈勃根据星系红移与距离的关系发现了宇宙正在膨胀(这不是唯一的解释,但这是最合理的解释),爱因斯坦所认为的静态超球面宇宙似乎并不准确,宇宙是动态的,一个动态的宇宙模型无法忽略随时间的演化。这样,当宇宙膨胀的速率高于一定的阈值,你沿一个方向就可能永远走不回原点了,也就是对于一个膨胀中的弯曲三维空间,它很可能并不是闭合的,这样,一个无限的宇宙又出现了……

但实际上到目前为止,宇宙是否闭合还没最终确定,因为这需要对宇宙中的物质密度和宇宙的膨胀速率都作出最精确的测量才能最终确定。目前三种结果都有,按照之前的测量结果显示宇宙临界密度很可能刚好等于或小于那个能使宇宙闭合的阈值,那意味着宇宙很可能在大尺度下是开放的(空间平直或负曲率)。但最近又有一项研究结果显示宇宙很可能是闭合的(正曲率弯曲)。

有限?无限?

无论如何,当考虑到宇宙是动态的,当把爱因斯坦当初统一进四维时空的第四个维度——时间考虑进来,宇宙就有可能是无限的。但这个时候的无限就比当初那个无边无际的无限好理解多了,因为它在三维上其实依然是一个超球面,也就是在任意时刻(忽略时间演化),它依然是有限的。但由于光速的限制,我们有一个极限的速度,导致了你可能永远赶不上宇宙的膨胀,当这个膨胀永远不可能停下来,那么这样的一个有限的超球面就相当于是无限的了。

现在是不是觉得宇宙没有尽头其实并不难理解呢?


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