宇宙是否有盡頭?
宇宙如果有盡頭,那麼盡頭之外又是什麼?如果宇宙沒有盡頭,那怎麼符合空間定則?
宇宙是否有盡頭,抑或是宇宙是否有大小,這個問題看似是哲學問題,但卻是一個科學問題。最高票答案說的是正確的,並且很形象。我補充一點宇宙學相關的具體的細節。
現代宇宙學的研究建立在兩條前提之上,
一是宇宙學原理,宇宙學原理指的是在宇觀尺度上,空間是均勻各向同性的。二是,愛因斯坦場方程是描述宇宙學的基本方程。
宇宙學原理根據宇宙微波背景輻射已經能夠比較精確的證明其正確性了。而第二點則仍有不同的爭論。
基於宇宙學原理,可以得到在共動坐標系下,宇宙兩點間的距離是由如下式子刻畫的
k可以取1,0,或者-1. 稱之為RW度規。
基於愛因斯坦場方程,可以得到的演化方程,即弗里德曼方程
根據RW度規,當k=1時,發現它就是一個三維球的度規。
三維球體體積是有限的,所以宇宙有一個總體積。當k是另外兩種情況的時候,則宇宙是無限的。
弗里德曼方程的存在可以幫助我們尋找一些判斷宇宙是否有限的方法
定義哈勃參數
所以弗里德曼方程等價於
.
因此k的正負,取決於物質密度和後面這一項我們叫做臨界密度的大小關係,而k的正負直接決定了宇宙是閉合的還是開放的,閉合的宇宙膨脹一段時間後會重新塌縮。
對於這個觀點,小說《三體》中有不錯的描寫,三體中說由於很多人偷偷的從宇宙中偷走質量導致宇宙從閉合轉為開放,失去了重新開始的機會,正好意味著這裡的描述。僅在這一點上,小說是合理的。
雖然還無法精確的得到具體的k的值,以至於無法確定宇宙的具體模型,具體的困難在於哈勃參數H的測定有不小的誤差,以及因為暗物質等導致宇宙的物質密度還不十分清楚。但是在理論上來說,隨著實驗技術的進步,這個問題是可以回答的,而不訴諸於哲學。所以本質上它是一個科學問題。
上面解釋了宇宙是否有限,題主問的是有盡頭,如果把有盡頭不理解為有限而是理解為有邊界,那麼在這三種模型當中,宇宙都是沒有邊界的。因為球面雖然是有限體積的,但是卻沒有邊。如果三維的不好想,不妨想像一個二維球面。
宇宙是否有盡頭,其實這個問題不難回答。然而重要的是,從這個問題,我們可以延伸到對宇宙更深層次的思考,進而尋求宇宙的終極問題的答案。 道格拉斯.亞當斯在《銀河系漫遊指南》中提出了「宇宙,生命和一切的終極問題」。天文物理學的最新進展讓我們可以從宇宙這一部分開始回答這個終極問題了,比如宇宙的形狀,宇宙的終極命運,宇宙從哪裡來等等。不過,你將在這裡看到的答案,不會是42.
圖片來自www.thespectrumofriemannium.com
為了避免偏題,我們還是先來回答問題「宇宙有沒有盡頭」。這個問題和宇宙的形狀是密切相關的。知道了宇宙的形狀,是否有盡頭的問題也就迎刃而解了。我們就從宇宙的形狀開始吧。
1. 宇宙的幾何形狀
宇宙是一個三維空間。廣義相對論告訴我們,由於物質和能量的存在,空間是可以彎曲的(實際上,我們可以只說能量,因為物質本質上就是能量 質量是什麼? - Mandelbrot 的回答)。這種空間的彎曲,在牛頓的經典力學體系中稱為萬有引力。下圖用二維平面來類比,表現大質量天體造成的空間彎曲。
圖片來自www.quora.com
空間的曲率可以是正,負或者零(零曲率意味著平坦的空間)。然而,生活在三維空間中的我們很難想像出一個彎曲的三維空間,所以就用二維空間來做一個類比的討論吧。
二維平面上的幾何問題可以用歐幾里得創立的平面幾何來分析。歐式幾何是一個偉大的創舉,它以5條公設(公理)為基礎,以邏輯為工具,建立起了一個結構嚴密的龐大數學體系,開創了數學研究的公理化方法。然而,正是歐式幾何的第五條公設,導致了非歐幾何的誕生。第五公設可以表述為:給定一條直線,通過此直線外的任何一點,
有且只有一條直線與之平行。
從第五公設可以推導出,三角形內角和為180度(下圖中的最下面的平面)。
後世的數學家發現,如果放棄歐式幾何的第五公設,代之以新的第五公設,可以得到完全不同但是同樣邏輯嚴密的新的幾何體系。比如:
給定一條直線,通過此直線外的任何一點,
有至少兩條直線與之平行。
以這條公設為基礎,可以推導出雙曲面幾何(下圖中的第二個曲面)。在這個體系中,三角形內角和小於180度。
給定一條直線,通過此直線外的任何一點,
沒有一條直線與之平行。
以這條公設為基礎,可以推導出橢圓幾何(下圖中的第一個曲面)。在這個體系中,三角形內角和大於180度。
圖片來自https://en.wikipedia.org/wiki/Shape_of_the_universe
三維空間中,3種第五公設同樣適用。如果空間是平坦的,則曲率等於0,三角形內角和等於180度;如果空間是彎曲的,而且曲率大於0,則空間是封閉的,三角形內角和大於180度;如果空間曲率小於0,則空間是開放的,三角形內角和小於180度。值得注意的是,平坦和開放的空間都是無限延伸的。只有封閉空間具有有限大小。
現在回到問題上來 - 這三種空間有沒有盡頭。首先,平坦的空間和曲率小於0的開放空間無疑是沒有盡頭的,它們都是無限大的。那麼封閉的空間有沒有盡頭呢?我們仍然用二維的封閉曲面來分析。上圖中的球面是封閉曲面中的一種,它的大小是有限的,然而卻沒有邊界。比如一個人在地球表面朝一個方向走,他不會走到地球的邊界,而是會回到原點。同樣,我們知道封閉的三維空間雖然大小有限,但是它也是沒有邊界的。如果我們的宇宙是這樣一個有限而無邊的有限空間,飛船朝一個方向飛,最後會回到出發的地方。如果我們有一個足夠好的望遠鏡,可以在遠方看到自己(從我們身上發出的光環繞宇宙一周又回到了原點)。
到這裡,這個問題的答案已經出來了。無論宇宙是什麼形狀,都是沒有盡頭的。但是,上面的回答提出了新的問題:宇宙是什麼形狀的?
這個問題現在還沒有確定的答案。多數物理學家接受的觀點是:宇宙很可能是平坦的。這一假設有它的理論和觀察依據。
2. 平坦的宇宙
2.1 平坦宇宙的觀察證據
我們先來看支持平坦宇宙的觀察結果。在不同曲率的空間中,三角形內角和是不一樣的。為了觀察空間的曲率,我們需要在宇宙中找到一個足夠大的,跨越整個可觀察宇宙的三角形。這樣的三角形在宇宙微波背景輻射中可以找到。
微波背景輻射產生於宇宙大爆炸後的38萬年,當時強烈的輻射瀰漫了整個宇宙空間。經過137億年的空間膨脹,這些輻射的能量已經紅移成了微波。能夠接受微波的天線都可受到它的信號。當你把電視機調到沒有頻道的頻率,你看到的雜訊就有一部分是宇宙大爆炸的餘暉。下圖是NASA用高精度的WMAP望遠鏡繪製的完整微波背景輻射圖像。
「WMAP image of the CMB anisotropy」。來自維基共享資源 - File:WMAP image of the CMB anisotropy.jpg根據公有領域授權
圖中的不同顏色代表了溫度的微小差異(小於千分之一)。物理學家理解這些差異的產生機制,由此可以算出顏色區域的真實大小。根據空間膨脹的速度,可以知道背景輻射的距離。這樣,一個跨越可觀察宇宙的三角形就可以畫出來了。如果宇宙是平的,這樣一個區域在從地球觀察,視角應該是1度;如果宇宙是開放的,視角應該小於1度;如果宇宙是封閉的,視角應該大於1度。
觀察的結果是,在誤差範圍內,視角非常接近1度。這個結果表明,宇宙很可能在大尺度上是平坦的。NASA發射了新的普朗克望遠鏡,將會帶來更精確的結果。
2.2 平坦宇宙的理論依據
平坦宇宙的理論依據是宇宙暴漲理論。暴漲理論是對宇宙大爆炸理論的擴展。1929年哈勃發現宇宙中的星系都在離我們而去,而且距離我們越遠的星系,遠離速度越快。從此人們認識到了宇宙空間在不斷膨脹。很自然的,人們回想,如果把時間回放,那麼空間就是不斷收縮的。追溯到137億年前,我們的可見宇宙就是一個無窮小的點。這樣宇宙大爆炸理論就誕生了。大爆炸理論認為,我們的宇宙起源於一個密度無限大,溫度無限高的狀態,經過不同階段的膨脹形成的。這個開始的狀態被稱為Singularity,奇點。
這裡我們要澄清一些常見的誤解。「大爆炸」這個名字無疑很吸引眼球,但是它並沒有很好的解釋這個理論。事實上,宇宙並沒有發生爆炸,而是空間膨脹。奇點這個詞誤導性更強,從字面上看是一個無窮小的點,而事實上這個詞用在黑洞中也確實是只一個無窮小的點。但是,宇宙的起源並不是一個這樣的點,而是一個高密度,高溫的狀態。
大爆炸理論是對空間膨脹的一個符合邏輯的推導,而且獲得的許多觀察結果的支持,但是他也有自身的缺陷:無法解釋為什麼宇宙在大尺度上能量和溫度都是均勻的。無論我們朝哪個方向看,看到的星系密度都是大致一樣的。
圖片來自www.shutterstock.com
如果你把不同顏色放進水裡,你會看到上圖中的情景。多等一會,水和顏料有時間互相交流,顏色就會均勻的混合起來,你就只會看到一種顏色。但是大爆炸中的高速空間膨脹沒有時間「多等一會」。早期的膨脹是快於光速的,連光也沒有時間從宇宙的一端傳到另一端。而正是這早期的膨脹階段決定了宇宙在大尺度上的結構。那麼,大尺度上的均勻分布就成了大爆炸理論無法解釋的難題。
美國物理學家阿蘭 古斯提出的暴漲理論從一種全新的角度解釋了大爆炸。早期宇宙有過一段大小穩定的高溫高密度時期,在這段時間內,宇宙達到了一個均勻分布的結構。接著,宇宙的尺度暴漲,在秒內,體積增長了倍。在暴漲後的階段,宇宙也增長了倍,但是用了137億年。而暴漲的動力,你肯定想不到,是引力。在特定的條件下,廣義相對論允許引力產生排斥的效果。
暴漲理論的一個推論是,宇宙是平坦的。空間的曲率有物質密度決定。密度太低,空間就是開放的。這樣的宇宙會永遠膨脹。密度太高,空間就是封閉的。這樣的宇宙會膨脹,減速,然後收縮。如果密度正好,空間就是平坦的。這樣的空間就會膨脹,減速,最終停止。而暴漲理論計算出來的空間密度正好滿足平坦空間所需要的關鍵密度。你也許會奇怪,宇宙不是加速膨脹的嗎?這一點後面會解釋。
2.3 宇宙中的物質和能量
根據廣義相對論,空間曲率是由宇宙中的物質/能量密度決定的。如果能夠估算出可觀察宇宙中的能量總數,而且這個總數與平坦宇宙的計算結果相符,這無疑又是另一個對平坦宇宙的有力支持。然而,當觀察和計算的結果表明,宇宙中的物質,包括所有的普通物質和暗物質(為什麼科學家要假設存在暗物質? - Mandelbrot 的回答),只有物理學家期望的31.7%。剩下的部分在哪裡呢?
現在,多數物理學家接受的一種假說是,宇宙中總能量的68.3%是目前不能認識的一種能量,所以被稱為暗能量。它的密度遠低於普通物質和暗物質,但是由於它充斥了整個宇宙空間,所以稱為了宇宙中的主導性能量。物理學家建立了不同的模型來描述暗能量。在這些模型中,暗能量能產生一個向外的壓力,推動空間膨脹。暗能量假說達到了兩個目的。第一,它解釋了宇宙中缺失的能量,第二,它解釋了空間的加速膨脹。由於它充滿了整個空間,所以也被描述為一種真空的能量,或者宇宙學常數。
在物理學的歷史上,宇宙學常數是一個富有戲劇性的概念。第一個提出這個概念的是愛因斯坦,他在建立廣義相對論是發現,按照他的計算,宇宙是動態的,可能膨脹,也可能收縮。當時人們的認識是,宇宙是永恆和穩定的。為了讓理論符合當時的宇宙觀,愛因斯坦在公式中增加了一個宇宙學常數來達到靜態宇宙的目的。在哈勃發現宇宙空間確實在膨脹之後,愛因斯坦從他的公式中去掉了這個常數,並說,宇宙學常數是他一生最大的錯誤。然而,20世紀90年代以來的物理學研究表明,宇宙學常數這的存在。真空中確實有一種能量,它具有負向壓力,推動空間膨脹。愛因斯坦如果在世,不知道會作何感想。
宇宙中包含了普通物質,暗物質,暗能量。下圖是這些成分的比例。
我們周圍的世界,璀璨的恆星,浩瀚的星系以及奔波於太空的光,加起來其實只有不到5%。更多的物質和能量隱藏在一片神秘的迷霧之中。
3. 宇宙的最終命運
雖然空間在膨脹,但是空間中的物質並沒有跟著膨脹。太陽沒有跟著變大;太陽沒有遠離銀河系的中心;地球沒有遠離太陽;月球也沒有....... 月球確實在遠離地球,不過和空間膨脹無關。這是因為物體之間的引力把它們拉在一起,所以他們之間的距離不會跟著空間膨脹而增加。然而,距離很遠的物體,如星系,他們之間的引力過於微弱,不足以對抗空間膨脹,所以我們今天觀察到星系的在離我們而去,越遠的星系遠離速度越快。
對於銀河系來說,有一個例外。仙女座星系正在以每秒120公里的速度向我們飛來,預計將於30億年後和銀河系相撞,然後兩個星系會合併成一個更大的橢圓星系(看到NASA說大約37.5億年之後銀河系就會和仙女系大碰撞,最後融合,請問碰撞最先會發生什麼呢?過程? - Mandelbrot 的回答)。不過恆星之間的碰撞多半不會發生,因為星系內的恆星太稀疏了(太陽離最近的比鄰星4.6光年)。有的恆星可能會被甩出星系,從此獨自在宇宙中流浪。
隨著星系的遠離,有一天我們將再也看不到別的星系。我們的夜空卻會更加璀璨(因為合併了仙女座星系)。然而,空間的膨脹是加速的。到恆星之間的引力不能對抗空間膨脹的時候,星系就會分崩離析。其他的恆星都會離我們而去。夜空將會是一片黑暗,只能看見幾顆行星。下一步,物體間的引力都無法對抗空間膨脹的時候,宇宙中的大部分結構都會瓦解。恆星炸得粉身碎骨,行星化為塵埃。到最後,連電磁力和強相互作用力也無法對抗空間膨脹,所有的物質都會瓦解,連原子都會被撕成碎片。這個令人心寒的宇宙大結局就是物理學家設想的「大撕裂」。
宇宙的形狀尚無定論,除了平坦宇宙外其他形狀的可能性也沒有排除。如果宇宙是封閉的,物質之間的引力可能會結束空間膨脹,然後進入一個收縮的過程,最終回到大爆炸時的狀態。然後,就是下一次大爆炸。宇宙的生命就是這樣的膨脹-擠壓的無限循環。這種假說叫做"大反彈「。
4. 宇宙是免費午餐嗎?
長久以來,物理學的一個難題就是」宇宙中的物質和能量從何而來?」 這個問題也成了神創論者常用的武器。他們常說:「宇宙不是免費的午餐。」 平坦宇宙為這個問題提供了一個優美的答案。
首先,我們來看看宇宙中的能量總和是多少。如果宇宙是平坦的,答案是令人驚奇的「0」。這其中的奧秘在於,引力場的能量是負值。簡單的解釋是:如果要把一個物體從引力場中移動到無窮遠處(引力場外),需要付出能量對其做功,以抵消引力勢能。所以引力場的勢能是負值。
在平坦宇宙的前提下,它正好抵消掉所有的其他形式的能量(包括普通物質,暗物質和暗能量)。也就是說,一個平坦的宇宙的總能量是0。一個零能量的宇宙就是免費的午餐,它完全可以通過量子漲落從真空中自發地跳出來。
----------------一個很有意思的事實是,現在多數物理學家相信宇宙是平坦,而過去很多人相信地球是平坦的。這是不是一個歷史的循環?當然,這兩個平坦的含義是不一樣的。
宇宙很有可能是無窮的,即使有限也遠遠超出了我們可觀測宇宙的尺度。目前對可觀測宇宙的觀察,以微波背景輻射為參照物,任意三個前景天體所組成的三角形內角和都是180度。要知道,如果空間是彎曲的,那麼光也會是彎的。我們都知道球面上的平行線會相交,三角形的內角和大於180度。所以至少可觀測宇宙尺度里,宇宙是平直的。
如果宇宙是平直的,那麼空間是無窮大的平面(歐幾里得幾何);
如果宇宙是開放的,那麼空間是一個無窮大的馬鞍面,也無窮大(羅巴切夫斯基幾何);
如果宇宙是球面,那麼空間是有限的,如果空間夠小,甚至可能比可觀測宇宙還小,這種情況下我們看到的遠處的星系只不過是近處同一個星系多繞了宇宙幾圈的光(黎曼幾何)。
(開放:馬鞍面;平直:平面;封閉:球面。我們的宇宙實際是平直的)
不論哪一種,人類的三維空間都在那個面上而不在內部,所以宇宙都沒有邊界。即使宇宙有限,那麼也是空間彎曲繞回自身,往前走以後又繞回到原地了。問宇宙外面有什麼就好像問北極北邊有什麼、東經180度東邊有什麼一樣。現代人問「宇宙的邊緣是不是一堵牆」與古人問:「大地的盡頭是不是個大懸崖/大瀑布,我會不會掉下去」是一個性質。只有在更高維度的空間,才能到三維宇宙的外面去回望它,可我們一進四維空間就死球了。
封閉的宇宙很恐怖,它扭曲到了不斷地繞回自身,就好像打開一扇門走出去,卻發現自己又回到了房間里的房子,是個真正逃不出去的囚籠。不過幸好事實並非如此,至於宇宙為什麼是平直的,現在主流的理論是認為在大爆炸之後,宇宙發生了一次劇烈的暴脹,尺度迅速增加,宇宙的曲率被瞬間抹平了。這就好像一隻氣球如果能被吹得無限大,那麼它的表面看起來就像平面了。
(爆脹遠早於宇宙微波背景輻射的生成,甚至早於太初核合成。它形成的引力波可以在微波背景輻射中看出)
PS:我一直認為西遊記里孫悟空翻不出如來的掌心也是因為那裡的空間被扭曲,並非如來佛的手能伸長。反正西遊記都存在「天上一日地下一年」的觀念了是吧。
----------------------------分割線-----------------------------------
我其實挺震驚於很多人想像力的匱乏,似乎在他們看來,宇宙的盡頭要麼是這樣的
要麼就得是這樣的
好像再也想像不出別的可能性了一樣。
圖片來自網路搜索
科學的歷史說明了一個現象, 世界總是超出人的想像, 有限的總是人的視野.
朝聞道夕死可矣,我願意以死為代價,見識到宇宙之外的秘密,領略不論宇宙內外一切的一切誕生的奧秘,神明聽到了我的內心獨白,於是滿足了我,瞬間神明賜予我無敵金身和短暫的豐富時間(可能領略這一切需要幾個月,但實際也許只有幾天時間)。
我以超越光速萬億倍的速度往宇宙邊界移動,突然我能感覺到我的認知改變了,感覺腦子裡不由自主的誕生很多畫面,都是似曾相識的畫面,(看到了和我長的很像的人,看到了猿人猴子猩猩,原始爬行動物再往後就感覺不到畫面了,但是圓源源不斷的信息在我腦子裡不斷閃過,像是夢中女孩如此清晰)神說道「我會賜予你人類最高限度的能力、智力,你將會理解你自身DNA生物鏈在人類誕生和每個細胞萬億年來遺傳下來的所有信息,至少這樣,我們才能達成初步溝通,如果只是現在的你對我來說只是一粒沙塵除了能幻想你什麼都無法與我交流。
速度,難以言喻的速度,我不知道具體有多快,就像行駛在高速路一樣1秒能划過幾棵樹木一樣,而我是經過了幾個星系,相對論沒錯,時間流逝的很慢,慢到快靜止了,我脫離了一切的引力束縛,只是在這空間穿梭。所有的天體如一條直線般從我眼前划過,(神說:你已經和時間速度平行了,我:啥?最快的不是光速嗎,神:先有雞還是先有蛋,時間空間物質構成了你的宇宙,光不過是物質所釋放的能量,怎麼能超過組成空間本身的時間呢,呵呵)
我想到一句歌詞「我想要有一陣風,帶我領略山高海闊」,沒過多久我便來到宇宙的邊界,沒錯是邊界,這是一張連綿萬億光年長的滾滾塵埃,一張永遠也看不到邊界的塵牆,壯觀是什麼?宏偉是什麼?無法定義。此處周圍數千光年無光,是神為我照亮周圍一切,說是周圍其實不然,發光的僅僅是前方一張看似無邊無界的暗塵,因為沒有物體可以反射光線,所以往宇宙中心望去,除了零星的幾個光點,則是黑暗的深邃,寂靜的寒顫,神讓我放慢速度,說慢慢出去吧。
踏出這邊界時,我麻木了,知識?什麼是知識,認知?什麼是認知,我的所有、我們人類所有,從無機物到有機物,從有機物到生命體,我即將踏出這一切認知的範疇,到底是什麼創造了這一切?
這堵塵牆厚幽幽數光年,我什麼也看不見,光也照不穿,其中有強大的電流穿刺著我的身體,不過在神的護佑下也只是一點點溫熱感。
不久後我看見濃密的塵埃漸漸發光,也許要出來了..
我:STOP 為我播放一首《星際穿越》見到海嘯那首插曲,要7.1聲道的 謝謝。
神:。。。。等一下 給你看個東西
神突然創造了一個黃色星球,我走進一看 這樣的
後續更新給我一點時間,因為稍不注意就會變成神話小說了
————————第一次更新本身期待這外面的世界究竟是怎樣的(是在未知文明造的空間裡面嗎;是多重宇宙無邊無際的宇宙彈珠,讓人永遠走不出的邊際絕望的世界嗎;還是四壁空無連空間都不存在的讓人幽幽寒寂的區域)
真理,慾望,望眼欲穿,讓我把這一切看清楚吧。
心緒複雜加上大腦100%的運作,我走出了走這遍塵埃。
天吶,這是什麼,為什麼看不見東西,幫我照亮可以嗎?神說沒辦法,空間和時間還沒有擴散到這裡來,啥?這就是我期待的外面的行空?空無一物(那為什麼我能存在這裡,沒有空間沒有時間,那我為什麼能夠出來)
這裡沒有物質,沒有時間,簡單的說,光在這裡照不亮任何事物,沒有任何介質,沒有任何次序,沒有引力。你可以把這裡理解成多次元空間,維度多的你無法理解,也許你認為我站在你面前實際上我們可能隔了數個宇宙年的距離(這段對話和視覺觀是靠的神力),你們物理理論、或者是神話小說完全猜不透的地方,在這可以創造無數的可能。
來吧孩子,你已經脫離了物質、時間的束縛,加以目前緯度我們可以瞬息萬里,來縮小縮小吧,讓你看的更多,我們的宇宙縮小了,天吶,旁邊那些是什麼。
平行宇宙!!
一望無際沒有鏡頭排列有序的彈珠球
過百繼續
小時候看當時的少年科學報,隱約記得裡面寫到:
一隻小猴子在能看到最遠最遠的望遠鏡旁邊玩耍,他向宇宙的深處望去, 然後,它看到了自己的後腦勺。
不過我忘掉作者是怎麼解釋的啦。或許不是科普只是篇科幻吧,我覺得這個設定還蠻帶感的,不過要是拍得驚悚一點可能後腦勺就要轉過來了(你夠…
一眨眼已經過百贊了~我這是被哪個大V翻牌子了嗎?
本人是民科,一下為個人觀點,僅博君一思一笑,勿輕信。
一下是原答案:
從更高的維度觀測一個低維度上的物體,物體在他所處的維度上沒有盡頭,但是對於高維度多出來的那個方向,它處處都是盡頭。
比如說,球面上的螞蟻看來它的世界是有限但沒有盡頭的,但是對於外部觀察這一切的人來說,螞蟻在垂直球心的方向上時時處處都在盡頭邊,在這個方向上哪怕運動一點點都會離開原來的球面。
所以我們其實不論在哪裡,都可以稱自己住在宇宙的盡頭上。
2017年2月12日更新
翻了翻評論,發現很多仁兄糾結於螞蟻不是二維生物,這是個比喻好嗎?幫助理解就行,何必那麼認真呢?
愛因斯坦覺得是無界有限,霍金覺得是有界無限。有意思的是這兩種猜想都可以在數學上得到解釋。 愛因斯坦的無界有限理論是把宇宙模擬成一個四維空間上的球,無論從宇宙的任何一點出發,最後總是可以回到原來的位置,並不存在嚴格的邊界(或者說處處是邊界),但這個球的確是有限的。
霍金的有界無限理論是建立在量子力學基礎上的,把時空描繪為一個有界無限的四維面,就像二維空間里由兩根平行線劃定的平面一樣,有界而無限,只不過宇宙時間空間的這個模型要比二維平面多出兩維而已。
一個二維生物(你可以把這個生物想像成一隻不能跳的螞蟻),它在三維空間球里只能沿著一個方向前進,那麼最後它還是會回到原點,可是如果它爬到了某個位置,由於力的關係而從球上掉了下來,那麼對這個二維生物來說,它就穿越了。問題來了:這個球是有限的嗎?個人以為這兩種猜想的分歧就在這裡,輕噴。
那麼對於人類來說,大地不是無限寬廣的,但是無論你往哪個方向一直走下去,找不到它的邊界,而且向一個方向一直走,最後總得回來。
宇宙應該也是這麼個情況,有界無邊。雖然是有限的,卻永遠沒有辦法出去。當年的想法 大意就是
今者臣來,見人於大行,方北面而持其駕,告臣曰:』吾欲之楚。』臣曰:『君之楚,將奚為北面?』曰:『吾馬良。』臣曰:『馬雖良,此非楚之路也。』曰:『吾用多。』臣曰:『用雖多,此非楚之路也。』曰:『吾御者善。』此數者愈善,而離楚愈遠耳。
劉向大概永遠理解不了馬良用多御者善他肯定會到楚國的
哪怕南轅北轍
時間是否有長短?過去的時間在哪裡消失?未來的時間又在何處停止?我在這一刻提出的問題,還是你剛才聽到的問題嗎?
我殺了你!!!!
是誰殺了我???而我,又殺了誰!!!!!
……………
是,我殺了我。
回答正確!!!動手吧。
啊!!!
咣!(咣……咣……咣……咣……)
對不起題主我只是想起來了~~或許根本不是有限或者無限就可以界定得了的。宇宙的盡頭狀態可能很模糊,如量子理論中的不確定狀態一般,是混沌的。
就人類的視野來看,我們永遠也到不了觸碰到宇宙盡頭的那一天。正如費米悖論所闡述的那樣,如果有外星生命的存在,那麼他們應該早就能夠訪問地球。地球並沒有得到任何外星生命的明確訪問,說明不僅僅是人類生命,宇宙中的所有生命都是短暫的存在。連造訪另一個有智慧生命的星球在一整個生命歷程中都尚未實現,更別提去探尋宇宙的盡頭了。
宇宙的盡頭就是我們思想的邊界。
最近剛讀完霍金的《時間簡史》刷新了一下三觀,這裡與題主分享一下。
關於宇宙有沒有盡頭。其實霍金本人沒有給出明確的答案。但是他卻說:正如地球是一個球形的,我們也不該用一個二維或者三維的思想去思考宇宙。而應該用四維的思想。(四維:即空間三維+時間維度)這裡的時間,不是我們所認識的時間。由愛因斯坦的廣義相對論,使我們可以知道,在接近光速運動中的人,和低速運動下的人。手中的表所流逝的時間是不同的。所以,時空維是類似空間維的一種,也正是它的存在,使得空間不再是平坦的。而是彎曲的。
霍金為我們梳理了宇宙的開端。即宇宙大爆炸。它是由一個無限大密度的一個奇點爆發開了。使我們的宇宙快速的擴散並且冷卻下來。在接下來的幾個小時內,我們的星系,以及我們的地球變由於粒子的碰撞,引力等等的作用,而形成。
你也許會發現一個問題!沒錯,宇宙並不是我們理解的靜止的。而是運動的。它正在擴散開來。這也是為什麼人們提出宇宙會坍縮的原因。如果讓擴散的力小於了引力,那麼宇宙將會開始快速的縮小,然後隨著正粒子和反粒子相撞便會湮滅的事實,宇宙的一切將會湮滅。但是,正如愛因斯坦的語言那樣,有一種力,是這兩種力永遠不可能平衡,也就是說宇宙永遠不會爆炸。這個也是我比較能接受的理論。
所以,在我看來,宇宙不是無限的,但是它是無邊界的,正如地球一樣。當一個人在地球上沿著一個方向走下去,人永遠也不會走到盡頭。這裡,對於宇宙,可以給大家舉一個例子:當一個人站在森林中央,他看到的所有方向的樣子都是一樣的。這是因為當些許的不同被無限的縮小之後,就近似的相同了!這也是為什麼我們看到的宇宙貌似都是一樣的原因一樣。宇宙太大了,以至於人們一眼望不到邊。所以,基於以上觀點,題主可以理解為宇宙是無窮的。但不是無限的。(好繞-_-# 不知理解了沒有)
再說宇宙的樣子。其實宇宙不是向地面一樣平坦的,相反,由於引力等等的作用,宇宙中的維度是彎曲的。也正如地球。飛機如果筆直的飛向大西洋,就相當於我們眼中沿一條曲線運動一樣。它飛行的距離遠大於以一個弧形飛到大西洋。這裡提到的弧形,是因為在四維空間中,飛機的確是筆直飛行的,只是在我們生活的三維空間中,它是弧形的。原因很簡單。就是因為我們的絕對時間觀念。
回到題主的問題。這裡我闡述了一下我粗淺的理解,以及我認為的宇宙是無盡的理解。如果題主不理解。我這裡再告訴題主一個定理:即人存定理:我們之所以看到宇宙是這個樣子。是因為如果它不是這個樣子,我們就不會在這裡去觀察它了。 也就是說:我們現在的一切,都是因為宇宙是這個樣子的。它適合我們這個三維空間的動物生存,它為我們提供了生存的條件,提供了探索它的條件:也就是我們的一個個定理。
這個純手碼,本人理解並不是很深,有什麼不對的地方,勿噴勿噴。指出便好
這裡也推薦大家抽時間讀一讀《時間簡史》。很有用的哦^_^我不懂科學,我只是在想,如果是有邊界有限的,那外面又是什麼?
1977年夏天,NASA發射了兩艘航天探測器:旅行者2號和旅行者1號。
經過38年的旅行,旅行者1號已經離開太陽系,進入浩瀚的恆星際空間。此前,從來沒有任何人造物體到達過這裡。此時此刻,旅行者1號是距離人類和地球最最遙遠的人造物體,這個距離,用人類的計量單位來表示,達到了19,574,000,000公里(別數了,195億7千4百萬公里)。
她的同伴,旅行者2號,據天文學家預計,將於296036年左右,到達天狼星附近。
而這一切的一切,都還僅僅是在銀河系內。銀河系只是我們可觀測宇宙(哈勃體積)中的2000多億個星系之一哦。
所以我寧願相信,人類有盡頭,宇宙無限大。
1999年情人節那天,旅行者二號在掠過冥王星後,飛向沒有盡頭的宇宙深淵。它的孤獨讓人不寒而慄,在調整方向奔赴這一命運時,一個女科學家,遙控它做了最後一件事情:緩緩轉過身,將鏡頭朝向我們這個行星系,眨了最後一下眼睛。那張最孤獨的照片,遠沒有想像中宏偉,地球只是一粒可以拂去的塵沙。藍色的塵沙,與沙漠中任何一粒沙子一樣孤獨。-- 劉暢
反對最高票答案。最高票答案總結起來就是:現在人類觀察手段,還沒發現宇宙的盡頭,所以沒有盡頭。。。和古代天圓地方沒什麼區別。2015-1-3補充。
小時候我為這問題和老師吵架了你敢信?老師說沒有盡頭,我說應該乖乖的回答「不知道」。上一個思考這個問題的人,名字叫作姬無命。
如今墳頭已經草丈五。複次舍利子。菩薩摩訶薩圓滿清凈戒行。於一切有情而生對治。於父母所不生貪愛。於諸有情發起對治。於諸欲境不生耽著。
菩薩摩訶薩云何是欲法。云何對治法。欲法者。謂眼觀色慾。耳聽聲欲。鼻嗅香欲。舌了味欲。身著觸欲。而生和合。於此和合而生耽著。是名欲法。
既生耽著而被纏縛。於諸纏縛生決定想。此纏縛法畢竟虛假。由貪迷故深樂纏縛。此纏縛法總有三種。謂淺 深 極深。諸有情等應當遠離此纏縛法。
又色是纏縛。聲香味觸皆是纏縛。
云何色是纏縛。所謂成就身命色故。生於我想。補特伽羅想。壽者想。常想。不壞想。決定不變想。塵境物想。薩伽羅想。五蘊想。此等皆是色法纏縛。
又色是纏縛。成就身命色法故。所謂世間諸有欲法。愛著身命妻孥眷屬。是名色法纏縛。乃至觸欲皆是纏縛。諸有染緣而漸成就。諸不善業而皆積集。耽著諸欲不能暫舍。
1、LHC 應該是快啟動了吧,在沒有得到LHC的實驗數據之前,回答問題是沒有意義的。
如果宇宙是「平行的「,那麼只能用老子的話來說了:名可名非常名道可道非常道。
2、在未搞清楚暗物質暗能量之前,回答問題也沒有意義。
3、當然可感知的四維時空里到底是高維投影還是低維透視,目前好像真的沒有辦法證明,回答這個問題也沒有意義。
那麼請關注中科院物理所的微信吧~就這樣。
推薦閱讀:
※怎樣畫太陽系?
※馬斯克之類的太空探索企業 可能在火星建國嗎?
※天文學該怎樣入門?
※推測出銀河系的形狀,運用了哪些技術?
※在上海徐匯區能看到土星環嗎 是不是光污染到大部分天文望遠鏡都失效?