宇宙在膨脹,這是現代物理學的一個重大發現。但是,宇宙在膨脹到什麼地方呢?它是不是在不斷地占據更多的空間呢?我們應該怎麼稱呼那些容納了膨脹宇宙的空間呢?
這些問題聽起來很簡單,但是要回答它們卻很困難。
為了理解它們,我們需要先明白什麼是空間,以及宇宙是怎麼膨脹的。
空間是一個數學概念,它用來描述物體之間的距離。而空間并不是一個實體,它沒有形狀,沒有顏色,沒有邊界,也沒有中心。空間只是一個坐標系,我們可以用它來定位和測量物體的位置和運動。
回到現實的話,我們目前生活在一個三維的空間里,我們可以用三個方向來描述一個物體的位置,比如上下,左右,前后。
首先,時空是由物質和能量所塑造的。物質和能量會對時空產生彎曲,這就是引力的本質。引力會使時空收縮,使物體之間的距離變小。相反,如果有一種能量能夠對時空產生反彎曲,那麼它就會使時空膨脹,使物體之間的距離變大。這種能量就是暗能量。
暗能量作為一種神秘的力量,目前被認為是導致宇宙膨脹的主要原因。暗能量占據了宇宙的68.3%,但是它的本質和來源還不清楚。ADVERTISEMENT
也有科學家認為,暗能量是一種新的場,它充滿了整個宇宙,它與物質和光的相互作用很弱,但是它能夠影響時空的幾何形狀。暗能量導致宇宙膨脹的速度不僅沒有減慢,而且還在加快。這意味著,宇宙中的星系之間的距離在不斷地增大,宇宙變得越來越空曠,越來越冷。
膨脹中的宇宙,科學家認為其未來取決于暗能量的性質和宇宙的空間結構。
而宇宙的空間結構有三種可能,分別是平直的,閉合的,和開放的。平直的空間就像一個平面,閉合的空間就像一個球面,開放的空間就像一個馬鞍面。不同的空間結構會影響宇宙的膨脹方式和終極命運。ADVERTISEMENT
如果宇宙的空間是平直的,那麼宇宙會一直膨脹下去,直到所有的物質和能量都稀釋到極點,宇宙進入一個熱寂的狀態。這就是所謂的大凍結的情景。
如果宇宙的空間是閉合的,那麼宇宙的膨脹會在某一時刻達到極限,然后開始收縮,直到所有的物質和能量都聚集到一個無限小的點,宇宙結束于一個大爆炸。這就是所謂的大反彈的情景。
如果宇宙的空間是開放的,那麼宇宙的膨脹會越來越快,直到時空的結構被撕裂,所有的物質和能量都被分離,宇宙進入一個混沌的狀態。ADVERTISEMENT
那麼,宇宙的空間究竟是哪一種呢?
根據最新的觀測數據,宇宙的空間很可能是平直的,或者接近平直的。這意味著,宇宙的最終命運可能是大凍結,或者是大撕裂,取決于暗能量的性質。如果暗能量是恒定的,那麼宇宙會趨向于大凍結。如果暗能量是變化的,那麼宇宙可能會遭遇大撕裂。
回到我們最初的問題,宇宙究竟膨脹到哪里去了?它是否在不斷地占據更多的空間呢?我們該怎麼稱呼那些容納了膨脹宇宙的空間呢?
其實,這些問題都是基于一個錯誤的假設,那就是宇宙是一個物體,它存在于一個更大的空間里。
但是,這是不正確的。
宇宙不是一個物體,它是所有物體所存在的時空。宇宙也不是存在于一個更大的空間里,它就是空間本身。宇宙的膨脹,就是空間的膨脹,就是物體之間的距離的增大。
宇宙沒有邊界,也沒有中心,它沒有外面,也沒有里面。宇宙就是宇宙,它沒有膨脹到任何地方去,它只是在不斷地改變自己的尺度。
這可能很難理解,因為我們習慣于用我們的日常經驗來思考宇宙。我們習慣于把宇宙想象成一個氣球,它在一個更大的空間里充氣膨脹。
但是,這只是一個模型,一個比喻,它不能完全反映宇宙的真實情況。
宇宙的本質,遠遠超出了我們的直覺和想象。
大圖景論生命起源和宇宙
¥53.4
購買
對了,如果你對宇宙和生命的起源感興趣,這部科普巨著《大圖景(論生命的起源、意義和宇宙本身 》,躋身Brain Picking的「2016年最科學讀物」,是非常值得深度閱讀的一部書。此書繪制了一幅宏偉藍圖,帶著理解宇宙的目的,從物理學出發,與生物學、倫理學、哲學、心理學等各學科交織在一起,從探索科學走到了探討「意義」。本書是知識大融通的真實體現,你將從字里行間感受到科學家的浪漫。
看完甚至會引發你更多的關于這個世界、這個宇宙的思考,你將會很感激這部書的出現。
嚴禁無授權轉載,違者將面臨法律追究。