千百年來,當我們仰望星空都會思考一個問題,宇宙到底有多大?宇宙之外又是什麼一番景象?人類可能在未來的幾百上千年,甚至永遠都搞不清楚這些問題,但是我們還是可以透過目前人類的一些渺小的發現,來分析一下宇宙之外到底有什麼?
宇宙有限
我們提到宇宙在討論它有多大時,總會形容宇宙是無限大的宇宙,這個詞來源於2000多年前的莊子,與是指上下四方及空間,宙是指古往今來即時間,那麼宇宙就是空間和時間的結合。如果空間是無限的不好理解,那麼時間是否是無限的呢?
時間在我們看來好像沒有盡頭,按照目前我們對時間的理解,時間就是物質存在的一種客觀形式,是物質過去、現在和將來運動的一種連續表現,只是時間是以線性的方式,還是螺旋線性的方式,還是其他我們尚未了解的方式表現尚不清楚。但是我們可以看出時間是隨著物質的變化而變化的,物質不會憑空產生,也不會憑空消失,而時間作為物質的客觀存在方式,以及物質運動變化的連續性表現,通過一系列的觀察和計算,人類已經估算出了目前宇宙的年齡是138億年,如果宇宙是存在年齡的話,那麼就說明時間是有限的。宇宙是時間和空間的結合,那麼就說明宇宙是有限的,而不是無限的。因為在有限的時間裡是不可能創造出無限的宇宙的,宇宙很有可能是有限的。
星系遠離
在日常生活中我們一定聽過火車的聲音,當火車迎面駛來的時候,你聽到的聲音是越來越高,當火車遠離的時候,你聽到的聲音是越來越低,這個就叫做都卜勒效應。是奧地利物理學家都卜勒1842年在觀察火車時提出的,就是物體發出的波長,因為波源和觀察者的相對運動而變化,觀察者在運動的波源前面波被壓縮,波長壓縮後就變短了,頻率就變高了,叫做藍移。相反波源遠離觀察者,波長變長,頻率變低叫做紅移,因為可能可見光裡波長最長的就是紅光,根據這一聲波的藍紅衣程度就可以計算出波對於觀察者的運動速度。
都卜勒效應不僅適用於聲波,也適用於其他所有類型的波,比如電磁波。1912年美國天文學家維斯託斯裡夫等人發現,恆星的光波頻率也會隨著距離的增加而不同。如果恆星遠離我們,則光的譜線就向紅光方向移動,即星系紅移,反之就是藍移。他發現星系中的紅移現象要遠遠大於藍移現象,這就說明幾乎所有的星系都在遠離我們而去。
1931年埃德溫哈勃,就是那個哈勃望遠鏡的哈勃在這個基礎上進一步發現,宇宙中幾乎所有的星系都具有紅移現象,而且星系的紅移速度和該星系離我們的距離成正比。也就是說越遠的星系離開我們的速度就越快,這就叫做哈勃定律。既然心系都在遠離,而且速度越來越快,這說明宇宙正在膨脹,並且是加速膨脹。
宇宙微波背景輻射
1965年美國貝爾實驗室的兩名工程師阿洛西亞斯和羅伯特威爾遜,為了改進衛星通訊,建立了高靈敏度的雷達天線,但他們總是能收到一些背景噪音,他們甚至清除掉了雷達天線上的鳥糞,還是不能消除噪音。後來人們根據他們的這一發現確定了這種噪音是來自於宇宙微波背景輻射,即宇宙大爆炸時遺留的熱輻射。最初的奇點在爆炸後38萬年後形成的熱輻射殘留物,當時的宇宙半徑大概是4000多萬年,宇宙經過138億年的加速膨脹後,才形成了現在的大小,由於宇宙微波背景輻射的發現,讓宇宙大爆炸理論成為了現在最普遍接受的觀點。
宇宙膨脹
那麼我們現在基本確定了宇宙的幾個特徵,就是宇宙來源於一個奇點的爆炸,宇宙正在加速膨脹,並且最遠的地方膨脹速度超過了光速,那麼如果宇宙正在膨脹,為什麼我們離太陽和月球的距離並沒有增加?這是因為宇宙膨脹並不會改變地球和太陽之間的距離,因為星體之間都有萬有引力和電磁力,在太陽系的尺度下,萬有引力就像一根無形的繩子一樣,讓太陽系的各個星體緊緊保持在一起。
宇宙膨脹只是時空本身在膨脹,不會改變星體之間的相對位置。由於太陽系又是圍繞著銀河系中心的超大質量黑洞旋轉,所以銀河系內星體的距離也不會隨著膨脹而增加。但是銀河系外除了少數屈服於銀河系的矮星系和因為引力相互吸引的星系,在靠近銀河系外,其他所有的星系都是在遠離銀河系。你可以想像現在的宇宙就像一個被不斷吹大的氣球,而心系就像是氣球表面上的點,隨著氣球的增大,點和點之間的距離就越來越大,而只要時間夠長,最終銀河系周圍會是一個空空的什麼也沒有的暗黑空間。
宇宙大小
在搞清楚宇宙外面是什麼之前,我們要確定宇宙到底有多大,現在的宇宙叫做可觀測宇宙,是一個以觀測者為中心的球體空間,我們之所以可以觀測到宇宙最遠的地方,是因為光,我們的眼睛接收到的這些從最遠處發過來的光,目前可以觀測到的最遠的光來自於離我們138億光年以外的地方,那就說明如果以地球為中心,我們可以觀察到的宇宙半徑是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?並不是,真實的宇宙很有可能比這個大得多。
超球面
相對論解釋了,時空是可以彎曲的,所以宇宙的形狀很有可能是一個球狀結構。
霍金在時間簡史中提到了愛因斯坦對於宇宙的解釋,有限無邊,就是說愛因斯坦認為宇宙是有大小,但是沒有邊界的。他認為由於空間被宇宙中各種物質能量灣區這中會閉合成一個三維的超球面,那麼宇宙很有可能就是一個球狀結構。這就好像生活在地球上的,我們無論怎麼走都不能碰到地球的邊界一樣,只是球體和我們三維世界裡的球體不太一樣。
假設宇宙是一個球體,那麼兩條平行的光線在龐大的球體引力作用下就一定會發生彎曲而最終相交。如果宇宙是曲面的,那麼這兩條光線就一定會離得越來越遠。但是這一切都沒有發生,138億年以來,所有的光都是沿直線傳播的,這就推導出了宇宙是平坦的結果,只有一種可能,就是可觀測宇宙之外,還有一個更大的宇宙,它並不是平坦的,有可能是彎曲或者球體的,只是我們觀測不到而已,因為這個取率對於人類目前的觀測手段來說可能太小,還無法測量出曲面。
暗空間
這個可觀測宇宙的邊界就叫做宇宙世界,是指以地球為中心,人類能夠接收到的宇宙電磁波傳來的最大範圍,超過這一範圍光也達不到地球,所以這個世界以外的空間就是我們可觀測宇宙的"外面",因為宇宙大爆炸還沒有膨脹到那個地方,可以想像外面就是為宇宙的最終形態所預留的空間。如果宇宙就像一個正在不斷膨脹的氣球,那麼這個氣球遲早有一天會膨脹的極限而破裂,那麼一切都會回歸原點。
因為宇宙是有年齡的,那麼宇宙就一定是有壽命的,那麼外面可以理解為暗空間就像暗能量和暗物質一樣,我們無法觀測的他們,但是各種現象表明他們又必須存在,因為觀測不到,不了解他們的屬性,所以才取名為"暗",那麼暗空間也可能是存在的,至於暗空間裡面有什麼很可能什麼都沒有,沒有時間和空間。
超空間
另一種可能就是我們真實宇宙之外是一片無比廣闊的超空間,在超空間裡存在著無數個宇宙,首先有一種平行宇宙。平行宇宙是很多科學家並不是認同,但現在又逐漸接受的一種假說。因為平行宇宙不可觀測,也很難使用物理常識推導,但是它確實可以解釋很多不可解釋的時空悖論現象!根據量子理論,一件事情發生之後,可以產生不同的後果,而所有可能的後果都會形成一個宇宙!
這類宇宙所遵循的基本物理定律和我們這個宇宙相同,這裡有我們世界的無數個可能,也有無數個版本的你,這個平行宇宙也和我們的可觀測宇宙一樣在不斷膨脹,所有的平行宇宙都存在於巨大的超空間裡,他們就像一個的小氣泡,有的距離非常遠,但是有的距離很近,甚至某些部分都重合到了一起,這種重合現象可能會引起我們宇宙的一些變化。比如曼德拉現象,就是其他宇宙中同一件事情的不同結果影響了我們的記憶,當然這只是一種基於平行宇宙存在的猜測,這些平行宇宙的數量非常多,但很可能他們也是有限的。
我們現在的宇宙,甚至是宇宙之外的超空間都是一個更高維度,甚至是超越更高維度的存在。因為宇宙大爆炸就說明這個宇宙是有限的,即使超空間也是有限的,或者是需要東西承載的,只是我們永遠也搞不清楚承載物是什麼。
這就好比我們開發了一款遊戲,加載一個無限大的地圖,賦予遊戲裡的人物一定的智能,讓他們可以在無限大的世界裡自由的發展。那麼隨著遊戲的進展,這些遊戲人物遲早有一天也會思考,看似永遠也沒有邊界的,世界外面究竟是什麼?他們能想到電腦前正在觀察他們的我們嗎?恐怕是有可能的,因為我們目前的宇宙從最小尺度到最大尺度上都是有關聯性的,就像我們開發的遊戲也都是基於我們的現實生活去開發的,只是可能更誇張和荒誕,那麼這些遊戲人物如果有一天也這樣想,就是他們能感知到"宇宙"外面的時候了。
所以對於我們來說,超空間和所有的一切之外,也很有可能存在觀察者。他們也許和我們人類差不多,也許和我們完全不同,我們也許永遠也無法看到他們,但總有一天我們能夠感知到他們的存在。