生長在荒島上的原始人認為島很大,但島是有邊界的,邊界外面,是海;隨著航海的發展,人們發現看似無窮大的海也是有邊界的,海的外面,是大陸;更進一步的認知以後人們發現所有的一切都是存在於一個叫做地球的藍色行星上,而地球,也是有邊界的。似乎一切東西,無論多龐大,總有一個邊界,而每個新的邊界之外總是一個完全不同的世界,於是慣性思維讓無數人冒出一個共同的想法:宇宙的邊界在哪裡?宇宙的外面是什麼?
從地球出發,乘著光速的小舟帶著精衛的軸勁兒一路直行,忽略壽命和吃喝拉撒以及長期幽閉孤獨帶來的精神疾病這些微不足道的小問題那麼乘舟人是否總有一天能看到飛船撞上一個巨大的,可見或不可見的邊界再也不能前行的景象呢?抑或是通過了一個明顯的邊界,瞬間眼前一亮發現一個美麗新世界呢?很遺憾,這樣的場景雖然有趣但哪怕對物理學不熟悉的人的理性都會告訴他這並不可能。然而討論宇宙邊界是否存在和宇宙外面是什麼這個話題卻並不是沒有意義,事實上從科學的角度去看這個話題比上面的臆想要更加精彩。
首先來看邊界這個問題,「有邊界」和「有大小」這兩個概念在這裡是不一樣的,宇宙(至少從宏觀三維角度來看)沒有邊界,但宇宙是有大小的,其實在大爆炸初期宇宙曾經比一個原子還要小很多,經過一百多億年的膨脹雖然發福了很多但卻沒有也永遠不會胖到無窮大。那麼如何統一「有大小」卻「無邊界」這一矛盾呢?很簡單:想像你是一個桌球上的二維螞蟻,桌球有大小,但你無論怎麼走都走不到邊界,除非你從二維中脫離進入三維世界,才能看見桌球的邊界。桌球的表面是二維的,但由於它並不平坦,其彎曲導致其呈現了三維的結構。同樣的,我們三維的宇宙也不是平坦的,扭曲三維空間的力量就是引力。
任何有質量的物體都會擠壓空間造成空間的扭曲,一個胖子所扭曲的空間比一個瘦子的要大,很遺憾這種效應實在太微弱以至於根本察覺不到,也導致胖子們又少了一份優越感(誤...)。只有質量大到行星恆星甚至黑洞這種級別時,我們才能通過光傳播的路徑的彎曲間接觀察到空間的扭曲。桌球是二維平面扭曲成三維尺度上的一個封閉球體;而宇宙的總質量足夠讓宇宙在四維尺度上看來扭曲成一個封閉結構。從另一個不甚恰當的比喻來理解:當你越航向宇宙的邊緣時就意味著整個宇宙的所有星體質量都在你的反方向,空間扭曲的就越嚴重,也就導致了你的的確確是在直行,但其實你的路徑已經彎了,即你以為你直其實你彎了,簡稱無意識出櫃(大誤.),結果就是如同鬼打牆一般直直地繞回你的出發點。
根據大爆炸理論,時間和空間都是大爆炸所產生的,如果說宇宙有「外面」,那也是超於這個宇宙時間空間的存在,我們無從認知。但這並不妨礙我們做一些猜想(實際上,優秀的理論物理學家們的腦洞是遠遠大過科幻小說家無數倍的)。如上所說既然要在四維尺度說「邊界」這個概念才有意義,那麼要討論「外面是什麼?」這個話題就必須要引入四維的概念了。這時又要舉到一個用過無數次的例子:如果一頁紙看做一個二維空間,那麼無數紙的堆疊構成了「書」的三維結構。同理如果我們的三維宇宙是四維宇宙的一層「膜」,而無數層膜的堆疊構成了四維宇宙的話,那麼我們宇宙的「外面」,就應該是相鄰的「膜」才對吧。
這就是大名鼎鼎的平行宇宙了,相信如果能來去自如的話所有人都想去我們宇宙外的這些平行宇宙看看,然而這些宇宙或許很無聊,或許很有趣。無聊的也許跟我們的差別小到可以忽略不計(比如兩個世界的區別只在於那個世界的你今天早上起床後是先撒尿而不是先刷牙)。想想如果你懷著無比激動的心情加探索者的犧牲精神再加上人類先驅的使命感跳入一個億年不遇的穩定蟲洞卻穿越到這樣一個沒什麼區別的宇宙,那場景其實蠻喜感的。而對於那些有趣的宇宙,與我們這個宇宙的差別可以大到連物理規律都不一樣,假如那裡光速只有1米每秒,假如那裡在宏觀上就能體現量子效應,再誇張一點假如那是一個連數學規律都跟我們不一樣的宇宙呢,當1+1的答案不再等於2而是如同量子效應一樣完全隨機,那會是一個多有趣的宇宙啊。
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