科學(xué)家們對(duì)宇宙的看法就像前任的承諾——總在變化
古人的幻想與現(xiàn)代的現(xiàn)實(shí)
公元前的某天，一位名叫盧克萊修（Lucretius）的希臘哲學(xué)家想證明 如果這長(zhǎng)矛飛出去，它要么撞到什么，要么繼續(xù)飛。撞到東西？那東西就在"宇宙之外"——這不就自相矛盾了嗎？宇宙邊界必然再往外推一點(diǎn)。按照這種推理，他斷定宇宙必須是無限的。 邏輯上似乎完美，對(duì)吧？別急，雖然聽起來有道理，實(shí)際上卻漏洞百出。 與此同時(shí)，亞里士多德和托勒密這兩位天文學(xué)界的大佬持反對(duì)意見，他們提出了一個(gè)更像洋蔥的宇宙模型——以地球?yàn)橹行牡耐那蝮w。亞里士多德認(rèn)為，如果星星無限遠(yuǎn)，它們不可能在24小時(shí)內(nèi)繞地球旋轉(zhuǎn)一周。托勒密讓這個(gè)地心說模型勉強(qiáng)工作起來，而他們的論點(diǎn)成為了整個(gè)中世紀(jì)基督教宇宙觀的基礎(chǔ)。 中世紀(jì)神學(xué)家的意外前衛(wèi)思想 跳到15世紀(jì)，來自德國(guó)的尼古拉·庫薩（Nicholas of Cusa，1401-1464）開始挑戰(zhàn)這一觀點(diǎn)。雖然他心里還是認(rèn)為地球是中心，但他卻大膽主張宇宙中的一切都在運(yùn)動(dòng)，包括地球，而且沒有明確的中心點(diǎn)。 更驚人的是，這位身為主教的庫薩宣稱，即使是"最外層的球體"也不是有限的邊界。因此，宇宙必須是無限的。他甚至認(rèn)為，其他有人居住的世界可能會(huì)將地球視為宇宙邊緣附近的某處。這種想法比哥白尼早了整整一個(gè)世紀(jì)，預(yù)示了現(xiàn)代版的" 有趣的是，庫薩因?yàn)檫@些想法并沒有遭到教會(huì)的迫害。事實(shí)上，他是一位偶爾挑戰(zhàn)教皇權(quán)威的主教，暗示紅衣主教團(tuán)應(yīng)該凌駕于教皇之上。 不過，他最終改變了立場(chǎng)，成為教皇庇護(hù)二世的顧問。（這位老兄顯然深諳職場(chǎng)政治。） 布魯諾：選錯(cuò)了戰(zhàn)場(chǎng)的科學(xué)烈士 后來，喬爾達(dá)諾·布魯諾（Giordano Bruno）繼承了庫薩的思想，但是，當(dāng)庫薩將其視為形而上學(xué)的沉思時(shí)，布魯諾卻將其用來試圖動(dòng)搖基督教對(duì)主權(quán)和全能上帝的信仰。因此，不出意外，他們的命運(yùn)截然不同。 布魯諾被以異端罪燒死在火刑柱上。 十年前熱播的紀(jì)錄片《宇宙》的重啟版中，安·德魯揚(yáng)（Ann Druyan）和尼爾·德格拉斯·泰森（Neil Degrasse Tyson，把冥王星“踢”出太陽系的男人）對(duì)布魯諾的專題進(jìn)行了修正主義的歷史表述，試圖將他描繪成科學(xué)的烈士。 雖然這是對(duì)他的指控之一，但他相信多重世界和無限宇宙的觀點(diǎn)與他的處決幾乎沒有關(guān)系。 愛因斯坦：重新定義游戲規(guī)則 無論如何，盧克萊修或庫薩的論點(diǎn)都沒有預(yù)見到愛因斯坦將引發(fā)的革命。 例如，當(dāng)你注意到宇宙可能有許多形狀是有限但無界的時(shí)，盧克萊修的論點(diǎn)就完全站不住腳了。又例如，球體或環(huán)面會(huì)允許長(zhǎng)矛在不遇到任何障礙的情況下旅行，但不允許無限宇宙的存在。 當(dāng)然，古希臘人知道地球是個(gè)球體，但他們從未期望宇宙也可能是一個(gè)球體，因?yàn)樗麄儧]有高維曲面空間的概念。就像試圖向一條魚解釋空氣一樣——因?yàn)樗恼麄€(gè)概念框架都缺失了。 愛因斯坦的廣義相對(duì)論證明了空間和時(shí)間是有形狀的，這揭示了盧克萊修未說出口的假設(shè)——宇宙不是彎曲的。而庫薩關(guān)于宇宙中沒有特殊點(diǎn)的概念同樣可以發(fā)生在有限和無限的宇宙中。 現(xiàn)代證據(jù)：傾向于無限 目前，我們不知道宇宙是有限還是無限，也不知道它是否無界。但是，有充分的理由相信宇宙在空間上是無限的。 原因是證據(jù)最符合一個(gè)是德西特空間（de Sitter space）的宇宙。德西特空間具有恒定的曲率，很像球體，但與球體不同，它的形狀是雙曲線的。 我們的宇宙是德西特空間的證據(jù)包括： 雖然我們不確定我們生活在德西特空間中，但根據(jù)我們最好的模型，它似乎接近于德西特空間。如果宇宙是真正的德西特空間，那么這意味著它不僅在空間上無界，而且是無限的，因?yàn)樽詈?jiǎn)單的德西特空間就是無限的。 平坦還是彎曲？無限還是有限？ 德西特空間可以有封閉或開放的空間切片，所以問題并沒有完全得到回答。例如，在量子引力中，通常用封閉的空間切片來表示德西特空間，這些切片都是超球面。 然而，根據(jù)我們最好的觀察，至少看起來我們的宇宙在空間上是平坦的，這意味著切片是開放的，在空間上是無限的。 如果這是真的，那么可觀測(cè)宇宙，即我們能看到的那部分，只是整個(gè)宇宙的一個(gè)無窮小的補(bǔ)丁。在一個(gè)無限的宇宙中，如果物質(zhì)也均勻分布在整個(gè)宇宙中，我們也期望一切都被重復(fù)無數(shù)次。有無限多個(gè)與我們完全相同的地球，也有那些與我們不完全相同的地球。這不是出于任何物理原因，而是因?yàn)槿魏尉哂杏邢薷怕实碾S機(jī)事件，如果嘗試無限次，將會(huì)發(fā)生無限次。 是的，理論上存在無限多個(gè)你，正在讀這篇文章的無限多個(gè)版本，可能在其中一些版本里，你不僅是在閱讀，而且還在喝咖啡，或者正好打了個(gè)噴嚏。在另一些版本里，也許你決定跳過這篇文章，去看貓咪視頻了。 地平線效應(yīng)：宇宙版的"看不見的另一半" 可觀測(cè)宇宙的邊緣不是邊界或邊緣。它只是一個(gè)地平線，很像地球上的地平線。如果我看著一個(gè)朋友走到地平線然后越過它，我們就不能再看到對(duì)方，但我們每個(gè)人仍然有自己的地平線?？捎^測(cè)宇宙邊緣也是如此。如果有人在我們可觀測(cè)宇宙的邊緣，他們將擁有自己的可觀測(cè)宇宙，其中包括我們無法看到的東西，因?yàn)檫@些東西超出了我們的地平線。 這就像是兩個(gè)相隔萬里的人同時(shí)站在自己的山頂上環(huán)視四周——你們各自能看到的范圍有重疊，但也各有各的"專屬風(fēng)景"。 也許宇宙很大，但不是無限大 可能我們的宇宙實(shí)際上仍然是有限的，但非常非常大。如果它是一個(gè)德西特空間（或幾乎是），并且在作為我們可觀測(cè)宇宙的部分內(nèi)在空間上顯得平坦，但實(shí)際上是一個(gè)超球面，那么這種情況就會(huì)出現(xiàn)。 換句話說，我們認(rèn)為宇宙是平坦的，因?yàn)樗谖覀?60億光年外的地平線范圍內(nèi)幾乎是平坦的，但它微微彎曲，以至于在數(shù)萬億或更多光年外，它回到自身。在這種情況下，它是有限的但無界的。 這與暴脹理論相符，因?yàn)楸┟浝碚撝粫?huì)迫使早期宇宙變得幾乎但不完全平坦。 在這種情況下，我們都像"平地球者"，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為宇宙是平坦的，因?yàn)槲覀儾恢栏玫?。也許當(dāng)我們有更好的儀器時(shí)，我們可能會(huì)檢測(cè)到與平坦略微偏離，并發(fā)現(xiàn)宇宙是永遠(yuǎn)延伸還是回到自身。 永恒的問題 說到底，宇宙是否無限這個(gè)問題，可能在我們的有生之年無法得到明確的答案。但正是這些終極問題驅(qū)使著科學(xué)不斷前進(jìn)，就像盧克萊修的長(zhǎng)矛一樣，不斷探索著未知的邊界。 也許更重要的是我們?nèi)绾慰创@個(gè)問題。無限宇宙的概念提醒我們，我們的存在是多么的渺小，卻又多么的特別。在無限的可能性中，我們這個(gè)版本的地球、這個(gè)版本的你我，正在此時(shí)此刻相遇，閱讀這些文字，思考這些問題。 無論宇宙是否無限，這種思考本身就已經(jīng)是一次宇宙之旅了。
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