宇宙的邊界在哪裡?
我們都知道宇宙在擴張。我們生活在一個不斷膨脹的宇宙中:每一個星系都在飛離其他星系。 這自然會產生一個共同的問題:如果宇宙正在擴張,它會擴張成什麼樣子? 有沒有更多的宇宙?是不是有些迷茫呢,宇宙的邊界到底在哪裡?
當我們說"我們的宇宙",其意思"。 光速是一個恆定的速度,宇宙年齡到目前只有約137.7億年,這意味著只有這麼多的宇宙能通過光向我們展示。在我們的觀察範圍之外還有什麼呢? 很簡單,它只是更多的東西 ,比如星系和黑洞以及其他新奇的玩意。當然,雖然它仍然在那裡,我們卻永遠無法看到。
從我們的角度來看,看起來我們處於一切的中心,每一個星系都在飛離我們。 所以自然而然地導致了"必須有一個邊緣"的推理路線。 但是如果你我們最近的銀河鄰居,從這個新的位置,它仍然看起來像你在宇宙的中心,一切都離你而去。現在假設我們可以傳送你到最遙遠的可觀測的星系,在我們的觀測範圍的邊緣。從你的位置來看,你依舊看起來像處於宇宙的中心,每個銀河系(包括遙遠的銀河系)都在離你遠去。
這就是我們說"宇宙正在擴張"的意思。每一個星系都在離其他星系遠去。 但是有一個限制。這並不代表宇宙是無限的。
宇宙仍然不需要中心。
讓我們再度跳回銀河。從銀河系看,宇宙看起來像是一個巨大的肥皂泡,規模越來越大,我們在這個中心。 但是從另一個星系來看,這個普通的泡泡看起來不一樣,因為在泡泡的"中心"有一個不同的星系。
每個人都知道用來描述一個膨脹的宇宙的常見類比:星系就像在氣球上爬行的螞蟻一樣,或者像是一塊麵包裡面鑲嵌的葡萄乾。當氣球充氣,像麵包在烤箱里膨脹,空間在擴大,星系之間的距離隨之變大!就是這樣簡單。
這些類比有著致命的缺陷。我們都可以很容易想像一個充氣的氣球或一塊膨脹的麵包。然而氣球有一個表面。 麵包有一個美味,鬆脆的外殼。
當我們使用螞蟻在氣球上的類比的時候,人們會說:"哦,宇宙的中心就在那裡,在球的中間。"這裡我們不得不跳出類比的局限:。氣球的表面沒有中心,正如地球表面沒有中心一樣。
在氣球模型中,我們整個宇宙是一個二維的表面,充滿了試圖爬向對方但卻無法成功的螞蟻,因為沙灘球在不斷膨脹。這是一個二維的宇宙模型。
但是我們真實的宇宙是三維的。雖然弦理論表明可能有額外的維度,但它們都是捲曲的,所以那些不算數。那麼是否有第四個額外的維度為我們的宇宙提供"東西"來擴展?
數學可以支持我們的三維宇宙的第四維擴展。而且我們肯定會在這個額外的維度上有一個"邊界",就像你可以指向二維氣球的"邊界"一樣。
但它並不是必須的。
我們不需要第四維來包裹我們的宇宙。我們只使用日常的三個維度對宇宙膨脹進行完整和一致的數學描述。所以這意味著我們可以擁有一個不斷擴張的宇宙, 而不需要任何邊界或事物來擴展。那是用數學來理解宇宙的美:我們可以創造和操縱與我們日常經驗相悖的概念。


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