宇宙的生命從大爆炸開始,將近140億年前,一直膨脹擴大至今日。
但它是在膨脹的終點是哪裡呢?
體內膨脹的宇宙
愛因斯坦曾在廣義相對論中用方程把空間和時間描述為一種相互連接的宇宙的構造。
這意味著我們所知道的空間和時間只作為宇宙的一部分而存在,並不存在於宇宙之外。當日常生活中的物體膨脹,它們會佔據更多空間。但如果並沒有存在外部的空間供給宇宙一直膨脹,那宇宙一直膨脹的終點到底是什麼情況?
1929年,愛德文·哈勃的天文觀測給了我們一些的答案。他對夜空的調查發現了所有遙遠的星系會朝著遠離地球的方向移動。此外,越遙遠的星系,後退移動的就越快。
你可以這樣來理解,想像一塊葡萄乾麵包在烤箱中膨脹,每顆葡萄乾之間的麵糊膨脹的量是相同的,如果我們想像葡萄乾是星系,麵糊是它們之間的空間,那我們可以想像:
星際空間的拉伸或膨脹會讓星系遠離彼此。而且任何一個星系在相同時長裡與它遠處的星系會比更臨近星系移動更長的距離。果不其然,廣義相對論的公式預測會有一場重力和擴張的較量。
只有在星系之間黑暗空虛的空間中擴張才會勝出,於是這些空間會膨脹。
也就是說,宇宙正在自己的內部進行擴張。
宇宙之外的探索--多重宇宙
即便如此,宇宙學家正在探索數學模型的極限來推測存在於我們的時空之外的是什麼,它是基於針對宇宙大爆炸科學理論漏洞的科學假設。
大爆炸理論預測物質會均勻的分布在宇宙中,以一種稀薄的氣體存在。那麼,星系和星體是怎麼形成的呢?暴脹理論描述了一段短暫的快速擴張的時期把早期宇宙中能量的量子波動聯繫到了氣體團的形成,最終形成星系。
如果我們接受這個理論,它也可能意味著我們的宇宙代表了一個在永遠膨脹的更大的宇宙中的一個區域。關於這個推測的真實性,我們什麼也不了解,除了在數學上預測了這無盡的膨脹的背後可能是由一種不穩定的量子能級所導致的。
不過,在很多局部的區域中,這種能量可能會隨機的安定下來進入穩定的狀態,停止膨脹並形成多個泡泡宇宙。每一個泡泡宇宙(我們的宇宙也是其中一個)會有自己的大爆炸和物理定律。
我們的宇宙會是一個更大的多重宇宙的一部分,它極速的膨脹使得我們不可能與其他宇宙相遇。大爆炸理論還預測了在高溫的早期宇宙中,我們的4種基本力可能統一成一股超級力。
數學的弦理論描述了這個統一的過程,在這些被提出的模型中,振動的弦是組成宇宙的基本單元。曾經相互競爭的弦理論模型現在已經合併鞏固成了一個統一的描述,並且指出這些結構可能與「膜的高維度平面」相互影響。
「膜的高維度平面」理論猜測,我們的宇宙很可能是存在於一個漂浮在未知的高緯度空間的膜裡叫做「體宇宙」的空間中,或稱為超空間。包含其他類別的宇宙(其他膜)可能會共同存在於超空間,相鄰的膜甚至可能會共有一些基本力,比如重力。
永恆膨脹和膜的結論都同樣指向了多重宇宙的說法,但在永恆膨脹中的宇宙是孤立的,而膜宇宙的說法可能會宇宙之間相互彭撞。
宇宙微波背景輻射(早期大爆炸遺留下來的遍及我們宇宙的輻射)就是這樣的碰撞產生的回聲。不過,至今為止,我們沒有找到這樣的宇宙回聲。
不過在目前來說,這些猜測都僅僅處於是對數學模型的推測性的探索階段。雖然很多科學實驗啟發了這些模型,可是目前還只有很少的客觀實驗可以直接測試這些模型。
在下一個愛德文·哈勃到來之前,科學家們很可能會繼續爭論相互競爭的模型的美妙與簡潔性,並且繼續夢想著,存在於我們的宇宙之外的是什麼,或者說,我們的宇宙到底有外面嗎?