無限的宇宙

胡曼婷　琳達(dá)

當(dāng)你凝視夜空時，會想到什么？你看到所有這些閃爍的星星時，可能已經(jīng)知道其中很多是恒星和行星。但這是整個宇宙嗎？不！宇宙要大得多。

伽利略·伽利萊在1610年發(fā)現(xiàn)了隱藏在銀河系中的“無數(shù)恒星團(tuán)”。大約三個世紀(jì)后，天文學(xué)家用更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，銀河系只是“宇宙中眾多星系”之一時，宇宙的邊界再次向外“延伸”。不久，研究者發(fā)現(xiàn)，宇宙在膨脹，星系之間的距離越來越遠(yuǎn)。

現(xiàn)在，越來越大的望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)告訴我們，可觀察到的宇宙直徑達(dá)到難以想象的920億光年，其中可能包含2萬億個星系。然而，天文學(xué)家仍然不知道，在已知的宇宙之外，到底還有多少未知的宇宙。

加利福尼亞大學(xué)歐文分校的弗吉尼亞·特林布爾說：“宇宙總是比我們看到的要大?！?/p>

“望遠(yuǎn)鏡只能看到可觀測到的那部分。我們看不到宇宙誕生前的過往，”獲得諾貝爾獎的宇宙學(xué)家、詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的首席科學(xué)家、美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的約翰·馬瑟說道。

“所以，我們的視線完全受到了限制。我們已經(jīng)竭盡所能看到能看見的一切了?！痹谟钪孢吘?，我們看到了大爆炸留下的光輝——所謂的宇宙微波背景輻射（CMB）。但這不是宇宙的魔幻邊緣。我們的宇宙仍在不斷前進(jìn)。我們可能永遠(yuǎn)不知道它的邊緣在哪里。

在最近的幾十年中，宇宙學(xué)家試圖通過首先確定宇宙的形狀來解決這個難題，就像古希臘數(shù)學(xué)家埃拉托色使用簡單的三角函數(shù)來計算地球的大小那樣。從理論上講，我們的宇宙可以具有三種形狀，到底是哪種形狀取決于空間本身的曲率：鞍形（負(fù)曲率），球形（正曲率）或平坦（無曲率）。

鞍形宇宙的支持者比較少，球形宇宙對我們這些地球人似乎更加容易理解。地球是網(wǎng)形的，太陽和其他行星也是網(wǎng)形的。球形宇宙意味著，你可以在宇宙中向任何一個方向前進(jìn)，最終仍可以回到起點(diǎn)，就像費(fèi)迪南德·麥哲倫及其工作人員環(huán)游地球一樣。愛因斯坦稱這種模型為“有限而無界的宇宙”。

但是從1980年代后期開始，為研究CMB而建造的一系列軌道觀測站進(jìn)行了越來越精確的測量，測量數(shù)據(jù)顯示，宇宙根本沒有曲率。至少，它在天文學(xué)家可以測量的有限范圍內(nèi)是平坦的——如果它是一個球體，那么它是一個巨大的球體，以至于我們觀察到的整個宇宙都不足以顯示出任何曲率。

馬瑟說：“宇宙是平坦的，就像一張無邊無際的紙一樣。據(jù)此，你可以在任何方向無限遠(yuǎn)地繼續(xù)前進(jìn)，而宇宙幾乎不會有多少變化。你永遠(yuǎn)不會走到這個扁平的宇宙的邊緣，你只會發(fā)現(xiàn)越來越多的星系?！?/p>

大多數(shù)天文學(xué)家對此觀點(diǎn)沒有異議。因此，扁平宇宙論是現(xiàn)代宇宙學(xué)的核心。

但問題在于，與球形宇宙不同，一個扁平的宇宙既可以是無限的，也可以是有限的。而且沒有真正的方法可以分辨出兩者之間的區(qū)別。

因此，天文學(xué)家寄希望于理論，即一種可以提供間接證明的模型。例如，物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測了許多粒子的存在，例如著名的希格斯玻色子。即便尚未真正被發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)家仍認(rèn)為這些粒子真實存在。

特林布爾說：“如果你對到目前為止所觀察到的一切都有很好的描述，并且這個描述也可以做一些準(zhǔn)確的預(yù)測，那么你就會傾向于相信事實就是如此。這就是大多數(shù)科學(xué)家眼中的科學(xué)?！?/p>