宇宙的样子

宇宙的样子

1916年,爱因斯坦发表了著名的“广义相对论”。应用这一理论,科学家们解决了恒星的演化问题。而宇宙是否是静止的呢?对这一问题,连爱因斯坦也犯了一个大错误。他认为宇宙是静止的,然而,1929年哈勃以不可辩驳的实验,证明了宇宙不是静止的,而是向外膨胀的。

“宇宙到底是什么样子?”目前尚无定论。值得一提的是,史蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:宇宙有限而无界,正如同地球,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。实际上,我们都知道地球是有限的。地球如此,宇宙亦是如此。

以我们日常生活的尺度来看,地球已是庞然大物,它的平均半径约6371千米,乘飞机绕地球一圈也得几十个小时。太阳更是大得惊人,它的肚里可以容纳130万个地球。然而,太阳却只是银河系大家庭中的普通一员,银河系里有着千亿颗像太阳这样的恒星,要让跑得最快的“光”横穿银河系,至少也得花上10万年。天外有天,银河系之外还有数不清的像银河系一样庞大的天体大家庭——星系。借助于越来越大的天文望远镜,我们可以看到越来越多、越来越远的天体。目前至少已可以看到100亿光年之外的天体,也就是说,我们目前所能观测到的宇宙大小至少超过100亿光年!然而,我们观测到的宇宙还只是真正宇宙的一部分,受到望远镜能力的限制,我们还看不到宇宙的全貌,还很难确定宇宙究竟有多大,更不用说描述宇宙的模样。

由此看来,我们的宇宙实在已经够大,远远超出我们的想象。但如果我们把宇宙定义成物理上可以理解的时间和空间的总和,它却并非无限大。天文观测表明,星系和星系之间都在彼此远离,而且距离越远,分离速度越快。这一现象,很像我们用力吹一个表面带花点的气球,气球越吹越大时,上面的花点也彼此越离越开。现代天文学研究揭示出,我们的宇宙就很像这样一个正在膨胀之中的气球。既然在膨胀,反推回去就应该在遥远的过去(至少100亿年以上)缩成一点。所以,宇宙很可能诞生于一次超级规模的“大爆炸”,而从一个“点”中产生。虽然我们还不能确知宇宙究竟包含多少物质,但它无论在时间和空间上都肯定不是无限的。

但是这样一个有限的宇宙,我们却永远找不到它的尽头在哪里,宇宙没有边缘!怎么理解这种奇怪的现象呢?还是借助那个膨胀的气球吧,假如我们变成一种没有厚度的二维扁虫(注意:在二维扁虫的眼中只有前后左右,而没有上下),那么我们在球面上无论怎么爬,都找不到哪儿是尽头,对于这样一个扁虫来说,气球面就是有限而无边的东西。现在回到立体世界来,由于宇宙物质的引力作用,爱因斯坦的广义相对论已经证明,我们的三维立体世界在宇宙尺度上也是和气球面一样是弯曲的(很难想象是吗?可事实如此),正因为时空的弯曲,如果我们有机会在宇宙中航行,也一样会遇到永远走不到尽头的现象,这就是“宇宙无边”最基本的涵义。