可觀測宇宙之外是否還存在更大的宇宙?

2021-01-15 火星科普

在很多時候,我們認為宇宙包含了一切。但是無論宇宙的真實本質是什麼,我們獲取宇宙信息的能力從根本上是有限的。

自宇宙大爆炸以來,時間只過去了138億年,而任何信息傳播的最快速度——光速是有限的。即使整個宇宙本身可能是無限的,但可觀測宇宙是有限的。然而,根據理論物理學中的主流思想,我們的宇宙可能只是一個更大的多元宇宙的一個極小區域,大宇宙中包含了許多宇宙,甚至是無限的宇宙。關於多元宇宙的理論,只有其中一些是真正的科學,另一些僅僅是推測性的、一廂情願的想法。下面是如何辨別多元宇宙理論的科學性。但在此之前,我們需要來了解一下背景。

通過測量星系的光譜,我們可以知道它們的距離以及遠離銀河系的速度。結果發現,宇宙在膨脹。河外星系離得越遠,它們就以越快的速度退行。根據廣義相對論,這意味著宇宙在膨脹。

如果目前的宇宙正在膨脹,那就意味著它在過去的時候更小、更緻密。把時間往回撥,宇宙要比現在更為均勻,並且更熱。當時間回溯到138億年前時,就回到了宇宙大爆炸。

但是大爆炸並不是宇宙的最初開端!我們只能在大爆炸的預測崩潰之前的時間,推斷出一個特定的時期。我們在宇宙中觀察到的很多事情都是大爆炸無法解釋的,但是宇宙暴脹理論可以。

在20世紀80年代,通過暴脹理論得到了很多預言,其中包括:(1)大規模結構的種子應該是什麼樣的;(2)溫度和密度的波動應該存在於比宇宙視界更大的尺度之上;(3)即使有波動,空間的所有區域也應該存在恆定的熵;(4)熱大爆炸應該有一個最高的溫度。

在隨後的30年裡,暴脹理論的四種預言在觀測上得到了精確的證實。

暴漲理論表明,在大爆炸之前,宇宙並沒有充滿粒子、反粒子和輻射。相反,宇宙充滿了空間本身固有的能量,而這種能量導致空間以一種極高的速率膨脹。在某一時刻,暴脹結束了,所有或者幾乎所有的空間固有能量轉化為物質和能量,產生了熱大爆炸。暴脹的終結,以及宇宙的再加熱,標誌著大爆炸的開始。大爆炸仍在發生了,但這並不是宇宙的最初開端。

如果這就是宇宙的歷史,我們所擁有的就是一個非常巨大的宇宙。它在任何地方都有相同的性質,到處都是相同的物理定律,我們可見的視界之外的宇宙部分與我們的情況相似,但它們不會被合理地稱為多元宇宙。

注意,物理上存在的所有東西本質上都必須是量子的。即使是包含所有未知因素的暴脹,都必須是一個量子場。

如果要求暴脹擁有所有量子場的屬性:(1)它的性質有其固有的不確定性;(2)這個場是由一個波函數描述;(3)隨著時間的推移,這個場的數值會逐漸展開。基於此,我們會得到一個意想不到的結論。

暴脹不會同時出現在任何地方,而是在特定時間出現在某個不連通的位置,而這些位置之間的空間繼續暴脹。因此,應該存在多個巨大的空間區域,在那裡,暴脹結束,大爆炸開始,但它們永遠不會遇到彼此,因為它們被暴脹空間的區域分隔開來。無論暴脹何時開始,至少在某些地方,它幾乎肯定會永遠持續下去。

在暴脹結束的地方,熱大爆炸將會隨之開始。我們所觀測到的宇宙的一部分只是這個區域的一部分,在那裡,暴脹結束了。除此之外,還有更多不可觀測的宇宙。但也有不計其數的區域都是互不相連的,它們有著同樣的過程。

這就是多元宇宙的概念。如上所述,它是基於兩個獨立的、被廣泛接受的理論物理學的方面:一切事物的量子本質和宇宙暴脹的性質。沒有一種已知的方法能夠來測量它,就像沒有辦法測量我們宇宙中不可觀測宇宙一樣。但是,這兩種理論——暴脹理論和量子物理學已經被證明是有效的。如果它們是對的,那麼,多元宇宙是一個不可避免的結果,而我們就生活在其中。

不過,那又怎樣呢?如果真的是這樣,有大量的理論後果是不可避免的,但我們不能確定,因為我們無法測試它們。

那麼,為什麼會有很多的理論物理學家撰寫關於多元宇宙或者平行宇宙的論文呢?為什麼他們聲稱多元宇宙是與弦景觀、宇宙常數、甚至是我們的宇宙對於生命具有完美調諧的事實聯繫在一起?

原因在於即使這顯然是個錯誤的科學想法,但物理學家也沒有更好的科學想法。多元宇宙本身並不是一個科學理論,更確切地說,這是物理定律預言的一個理論結果。

相關焦點

  • 可觀測宇宙之外是什麼樣的?與黑洞是否有聯繫?
    自從發明天文望遠鏡之後,我們對宇宙太空的視野和探測範圍日益拓展,逐步意識到宇宙的不同層級結構,比如地球處於太陽系中、太陽系圍繞銀河系公轉、銀河系又位於本超星系團、本超星系團處於室女座星系團之內,而室女座星系團又是可觀測宇宙中的一個普通成員。如此類推,宇宙似乎無窮無盡,不過,隨著宇宙膨脹理論的確立,人們對宇宙的發展演化的歷程越來越清晰,對於宇宙的整體狀態也逐漸明確了起來,那就是宇宙是有界無邊的。
  • 宇宙一直膨脹,難道宇宙之外還存在其他空間?人類能否走出去?
    科技的幫助下,人類順利走出地球,當人類看到地球之外的世界,才意識到,原來宇宙是如此浩瀚精彩,這加快了人類對宇宙探索,人類依靠著自身科技,加上對宇宙的事物充滿好奇心,所以才能在短時間內突破自己,成為地球高智慧生物,並且在很短的時間內實現了科技飛躍,人類還沒有走出地球的時候,對於宇宙中的事情我們只能嚮往
  • 宇宙之外是什麼?是無限大的空間?是更大的宇宙?是多重宇宙?
    科學家普遍認可的是,宇宙誕生於約137億年前一場奇點大爆炸,並且一直在以超光速膨脹,到現在直徑已有約930億光年,並且仍然在超速膨脹。宇宙之外到底是什麼?科學家們也苦苦鑽研了幾千年,仍然未果。但根據人類幾千年的觀察猜測宇宙之外可能會有以下三大情形:根據愛因斯坦狹義相對論,在某一個慣性參照系中兩個同時發生的事件,對另一個高速運動的慣性參照系,則不是同時發生的。所以,宇宙之外,對於我們處在宇宙之中的研究和處於宇宙之外的研究,其結果會是完全不同。1.宇宙之外還是宇宙。
  • 可觀測宇宙之外的宇宙結構也許與我們所想的並不一致
    整個宇宙對於人類來說雖然是無限的,但是有一部分宇宙卻是有限的,這部分宇宙被我們稱之為可觀測宇宙,所謂的可觀測宇宙就是目前人類所能夠通過哈勃太空望遠鏡觀測到的宇宙區域,其半徑大約有465億光年,這個範圍已經相當之大了,大到我們望塵莫及的地步,但是相較於整個宇宙而言,仍然是不足萬一。
  • 宇宙是否是無限的,宇宙之外到底有什麼呢?
    138億光年,但這只是光在138億年錢的樣子,由於宇宙在不斷膨脹,光現在的位置會遠遠超過138億光年,所以可觀測宇宙的半徑要乘以哈勃的宇宙膨脹係數,這樣得出來的宇宙半徑是465億光年,那麼目前我們可觀測宇宙的大小就是465×2=930億光年,那這個直徑930億光年的宇宙是否就是宇宙的真實大小?
  • 為什麼宇宙可觀測年齡比宇宙年齡更大?
    我們已經知道宇宙年齡為138億年,宇宙中最快的物體速度也不能超過光速,那麼按道理自宇宙大爆炸後走的最遠的星系也不能超過138億光年,為什麼我們的可觀測宇宙半徑卻是461億光年呢? 我們已經知道宇宙年齡為138億年,宇宙中最快的物體速度也不能超過光速,那麼按道理自宇宙大爆炸後走的最遠的星系也不能超過138億光年,為什麼我們的可觀測宇宙半徑卻是461億光年呢? 簡單來說,這是宇宙空間本身膨脹導致的,星系的運動速度是不能超過光速的,但是宇宙膨脹的速度卻是可以超過光速的。現在用來解釋膨脹用的最多的就是氣球的例子。
  • 宇宙之外到底是什麼?
    目前的宇宙年齡大約為137.5億年,而現在可觀測宇宙半徑約為465億光年。說到這裡,難免會讓人迷惑,為什麼宇宙年齡比宇宙半徑少了好幾倍?
  • 宇宙之外,宇宙之外還是宇宙?是我們只在一個盒子裡?
    宇宙有盡頭嗎?古人曾說,「上下四方曰宇,古往今來曰宙」。宇宙就是時間與空間上的統一,我們目前所觀測的宇宙大小為930億光年,那宇宙之外是什麼呢?又是否有盡頭呢?宇宙暗流?2008年,天文學家發現了一個奇怪的現象,即所觀測到的星系團正在以每秒兩百萬英裡的速度,向同一方向流動,稱之暗流。2010再次觀測到此現象,由此可以初步判斷宇宙內的物質不是絕對均勻分布的,天文學家猜測在我們可觀測的宇宙之外存在著這麼一個大型組織結構,其強大的引力吸引我們宇宙內的物質。阿西莫夫猜想?關於宇宙之外是什麼?
  • 宇宙之外,宇宙之外還是宇宙?是我們只在一個盒子裡?
    宇宙有盡頭嗎?古人曾說,&34;。宇宙就是時間與空間上的統一,我們目前所觀測的宇宙大小為930億光年,那宇宙之外是什麼呢?又是否有盡頭呢?2008年,天文學家發現了一個奇怪的現象,即所觀測到的星系團正在以每秒兩百萬英裡的速度,向同一方向流動,稱之暗流。2010再次觀測到此現象,由此可以初步判斷宇宙內的物質不是絕對均勻分布的,天文學家猜測在我們可觀測的宇宙之外存在著這麼一個大型組織結構,其強大的引力吸引我們宇宙內的物質。
  • 多元宇宙很可能是存在的,我們的宇宙之外,還可能存在其他宇宙
    那麼如果有的話,我們跨越出邊界之外,我們會遇到的是什麼呢?是否會是另外一個宇宙呢? 當然,我們的科學家並沒有因為這一個發現,就武斷地認為除了我們的宇宙之外,還有著其他的宇宙存在。
  • 在宇宙之外,是否還有其他的宇宙存在?多重宇宙的觀點是真的嗎?
    雖然從表面上來看,如今人類的科學技術是處在一個非常高的位置,但是對宇宙的探索很顯然是不夠的。科學家們對宇宙仍然有很多的秘密都沒有解釋,其中就包括多重宇宙的觀點詮釋。人類真的生活在多重宇宙中嗎?而在宇宙之外,又是否還存在著其他宇宙呢?
  • 根據多元宇宙理論,存在多個宇宙,那麼宇宙之外是什麼呢?
    幾十年來,天體物理學家一直在研究宇宙的各個方面,如從黑洞到宇宙的起源問題。此外,甚至還有人進一步去了解未知或不可理解的事物。例如,宇宙之外是否有可能存在著某種東西?要回答這個問題,我們首先要定義宇宙。在大多數情況下,「宇宙」這個詞意味著是可觀測的宇宙,即:是一個目前從地球上可以觀測到的所有物質區域,它是由光速決定的。這裡所說的「可觀察」一詞不是指現代裝置探測遠處物體發出光的能力,而是指由光本身的速度所決定的物理邊界。
  • 大千宇宙中,是否存在比人類更高級的文明?科學家:必然!
    大千宇宙中,是否存在比人類更高級的文明?科學家:必然!相信每個人在某個時間段都會思考一個問題,大千宇宙中是否存在外星人?是否存在更高級的文明?在回答此問題前,讓我們先了解一組數據。現在科學界公認宇宙的年齡是138.2億年,可觀測宇宙的直徑是930億光年。天文學家預測可觀測宇宙範圍內至少有1萬億顆星系,而每個星系均有上千億顆恆星,每顆恆星都擁有若干顆行星。地球誕生於45.5億年前,地球生命誕生於38億年前,人類文明誕生於1萬年前,系統化且持續發展的人類科學誕生於三百多年前。
  • 宇宙的不斷膨脹,告訴我們外面還有空間,宇宙之外到底是什麼?
    奇點大爆炸誕生後的宇宙並不是固定不變的,它一邊在快速膨脹,一邊又在進行著各種演化,一步步演化成為了現在的宇宙空間。 浩瀚的宇宙有很多的謎團等著我們破解,而其中有兩個謎團可以稱得上是終極奧秘,一個是宇宙的起源,一個則是宇宙之外是否有空間的存在,如果有空間,那麼宇宙的外面到底是什麼?
  • 日本科學家:可觀測宇宙中 人類可能是唯一的生命
    不過一直以來,科學家還缺乏相關的研究依據,來支持這個觀點。最近,東京大學的天體物理學教授戶谷友則(Tomonori Totani)進行了一項創新性研究,試圖弄清楚生命由這些無機物自發形成的可能性。在這項研究中,戶谷友則建立模型,檢測了宇宙中是否有足夠的恆星系統中,存在允許生命自然發生的宜居行星。
  • 日本科學家:可觀測宇宙中,人類可能是唯一的生命
    基於「自然發生」學說以及其中的「RNA世界」假說,研究人員認為在可觀測宇宙中,形成功能性RNA鏈(至少包含40~60個核糖核苷酸殘基)的可能性極低,而這一長度是RNA具有基本的自我複製功能的必要條件。當然,在可觀測範圍之外正加速膨脹的整個宇宙中,生命可能出現在無數的行星上,只是我們或許永遠找不到它們。
  • 日本科學家:可觀測宇宙中,我們可能是唯一的生命
    基於「自然發生」學說以及其中的「RNA世界」假說,研究人員認為在可觀測宇宙中,形成功能性RNA鏈(至少包含40~60個核糖核苷酸殘基)的可能性極低,而這一長度是RNA具有基本的自我複製功能的必要條件。當然,在可觀測範圍之外正加速膨脹的整個宇宙中,生命可能出現在無數的行星上,只是我們或許永遠找不到它們。
  • 宇宙是否有邊界,宇宙之外又是什麼,是無盡的黑暗虛空還是一堵牆
    我們在地球上能觀測到的最遙遠星系是460億光年,也就是我們能觀測到的宇宙是一個以地球為中心,930億光年的球體,而預估完全直徑是1600億光年。目前觀測到1000億個星系,科學家估計宇宙中至少有2萬億個星系。
  • 宇宙的盡頭是什麼,為什麼愛因斯坦表示,還有平行宇宙的存在?
    宇宙有多大?宇宙存在了多長時間?宇宙的盡頭是什麼?這些重大問題一直困擾著人類。但隨著現代天文學的不斷發展,這些問題已經有了初步的答案。 根據宇宙學標準模型,宇宙的存在時間不是無限的,而是大約138億年。另一方面,可觀測宇宙的直徑約為930億光年。
  • 我們常說可觀測宇宙這個概念,那麼地球是可觀測宇宙的中心嗎?
    從古代藉助肉眼觀察星空,到近代發明望遠鏡看到更遠處的天體,再到通過光譜紅移知道了宇宙膨脹的事實,最終我們得出了可觀測宇宙的概念,從這個過程我們可以看出,「可觀測」這個詞是以人類的視角出發的,我們看不到的地方或者接收不到信息的地方,則不在可觀測的範圍之內。而我們人類的觀點,基本上都是以地球為承載中心展開的,因此從這個角度出發,可觀測宇宙的中心自然而然的是地球無疑。