如果宇宙是無限大的，那麼時間是否也是永恆的呢？

有人問，能否1分鐘內和大家介紹下您的研究？他回答：「我的科學研究是通過天文觀測和理論計算來理解黑洞、星系、星系團以及宇宙演化，另一方面是做空間天文儀器的研製。我對兩件事很感興趣，宇航員到黑洞旅行會發什麼，還有就是宇宙中的物質最終是否都會歸於黑洞。業餘時，我還喜歡研究美學，也喜歡寫寫詩。」

科學人特推出張雙南專欄，收集整理分答上張雙南的提問及回答 , 好的答案應該共享。本文為張雙南專欄第九則。

第九則

如果宇宙無窮大，時間是否是無限久？

宇宙到底有多大？宇宙外面有什麼？什麼是黑洞？宇宙和黑洞的的空間維度、時間維度是多少？在這片美麗的星空、神秘的宇宙之中，還有好多奧秘等待我們去探索和發現。本期張雙南專欄——告訴我們關於宇宙的那些事兒。

提問：生物由細胞組成，再往下還能分成分子、原子等。而星系組成河系，河系組成宇宙，那麼我們的宇宙會不會是一個龐大生物呢？

張雙南：首先讚揚您想像力豐富。但是想像力再豐富，咱也不能偏離基本的事實。地球是宇宙當中的一個天體，那麼您覺得地球是活的嗎？月亮也是一個天體，但是月亮上顯然啥都沒有。沒有嫦娥，沒有玉兔，任何活的都沒有。所以地球、月亮這些天體怎麼能是生物的一部分呢？太陽更不用說，熱得一塌糊塗，也不可能是生物的一部分。宇宙是由天體組成的，怎麼說也不能說是一個生物。但是要是給兒童講故事，這種擬人化的表達倒是很有趣，我不反對。

提問：宇宙有多大？她外面的外面是什麼？

張雙南：我們並不真的知道宇宙有多大。目前我們觀測到的宇宙的範圍大概是半徑為460億光年的範圍。宇宙很顯然應該比這個範圍大。至於多大，我們目前不知道。有的理論模型說——我們的宇宙是有限的，但是沒有邊；有的理論模型說——我們的宇宙是無限大的當然就沒有邊；還有的模型說——我們的宇宙是有限的而且有邊。那麼，在最後這種情況下，這個邊外面就只能是另外一個宇宙了。

提問：我有個猜想，就是——銀河系是宇宙中的小泥土，太陽系就像一個原子，而太陽是原子核，八大行星是電子。您怎麼看這樣的猜想？

張雙南：作為宇宙中不同天體的尺度的類比，您這麼說問題不大。但是這不是猜想，因為猜想是科學理論的初步階段，經過進一步的科學研究的實證有可能變成科學理論。而實證既包括證實也包括證偽兩部分，在此就不細說了。我寫了文章詳細闡述過。宇宙和宇宙中的天體，我們已經了解的比較清楚了，太陽的成分和行星的成分也很清楚了。這些都是建立在科學實證的基礎上的，很顯然不是您說的那樣。事實上，關於原子的性質，最初玻爾提出的原子由原子核和電子組成的模型就是類比了太陽系。這相當於是一個猜想，後來經受住了實證的考驗，最終發展成了現在的量子力學體系。

追問：老師，您提到您寫的那篇文章，哪裡可以看到？

張雙南：到百度輸入 張雙南 普京 就可以看到。就是俄羅斯的那位普京，不是開玩笑的哈。您試一下就知道了。

提問：太陽有「壽命」嗎？如果有，她大概能夠燃燒多少年？如果沒有太陽，一切生命將難維持？

張雙南：太陽當然有壽命。根據我們對恆星的理解，太陽還可以繼續燃燒大約50億年。如果沒有太陽，地球上的生命系統就無法維持。

追問：今後，人類能夠造小太陽嗎？

張雙南：我們也許能夠造出人造小太陽，也就是人工可控熱核聚變。但是，這樣的小太陽能夠提供的是人類生活所需要的能源，並不能維持地球為一個宜居的星球，也不能提供地球上的植物生長所需要的能源，當然也就無法維持一個完整的生態系統。

提問：原始的宇宙是一個十維空間，大爆炸後分裂為一個四維和一個六維空間。請問，六維空間存在長寬高維度嗎？

張雙南：首先需要說明，多維宇宙只是一個模型或者理論假說。現在並沒有得到觀測或者實驗的驗證。在超弦理論模型里，宇宙大爆炸開始的時候，我們的宇宙有十維。大爆炸之後，很快就只剩下了三維的空間和一維的時間。另外的六維不是分立出來了，而是隱藏起來了。也就是說，這些維度的空間尺度比我們現在能夠測量的尺度小得非常的多。現在有一些實驗要試圖探測這些額外的尺度中非常小的維度。這些維度不存在所謂的長寬高這樣的概念。長寬高只是我們三維空間裡面的概念。

追問：黑洞的空間維度應該是多少？

張雙南：黑洞的維度與黑洞所處的空間有關。不同維度的空間裡面就有不同維度的黑洞。三維空間中的黑洞也是三維的。但是如果你只處於黑洞的視界處，那麼你感受到的就是一個二維的宇宙。

電影《星際穿越》中的黑洞。圖片來源：《星際穿越》

提問：宇宙學裡時間維度是一種抽象存在嗎？如果宇宙無窮大，那麼時間也是無限久的嗎？

張雙南：宇宙學裡的時間維度就是我們的時間。用的單位和表達的意思都是一樣的。關於宇宙的大小，一般認為宇宙不是無限大的。宇宙是有限的，但是也沒有邊界。就像三維的球的表面是有限的，但是生活在球面上的二維生物就找不到邊界。時間是否無限，取決於我們的宇宙最終的命運。如果我們的宇宙會永遠存在下去，那麼我們的宇宙的時間就會是無限的。但是我們尚不清楚我們的宇宙最終的命運是什麼，這在很大程度上取決於暗能量的性質。但是我們還不理解暗能量。

追問：黑洞內存在時間嗎？

張雙南：黑洞內當然有時間，只不過和黑洞外面的時間不同。有些理論模型說，我們的宇宙就是一個巨大的黑洞的內部。

追問：我們住在黑洞內部？這太可怕了吧。

張雙南：如果我們住在一個靜態的黑洞內部，那麼我們都必須很快地向黑洞中心落去。當然，這和我們看到的宇宙在膨脹是矛盾的。但是，如果我們是在一個處於不斷吞噬周圍物質、從而不斷增長中的黑洞的內部，由於黑洞的半徑和質量成正比，這個黑洞內部的物質密度就會隨時間減少。如果黑洞內部有很多天體的話，在大尺度上這些天體的距離就會增加。這和觀測到的宇宙膨脹並不矛盾。如果我們處於某個這樣的天體上，我們當然就隨著這個天體運動，不會落向黑洞。因此，完全沒有什麼值得擔心的。但是有一個可能的問題：一旦這個黑洞周圍沒有東西可以吞噬了，黑洞就停止增長。黑洞內部的天體就開始往黑洞中心塌縮，這的確最終會導致災難。

提問：人存在的意義或者說是宇宙存在的意義是什麼?另外，您覺得這世界是虛擬的可能性大，還是現實的可能性大？

張雙南：如果人類作為一個物種，是由進化產生的。那麼人存在的意義就是為了說明進化論的正確性。如果人類是被造出來的，那麼人存在的意義就是彰顯造物主的偉大。如果要問每個人的生命的意義，我認為就是傳承，所有生命的意義都是這樣。否則，那個物種就已經滅絕了。人的傳承除了傳宗接代之外，還有主動的創造。這就是人類能夠主宰地球這個星球的根本原因。至於第二個問題，我認為很顯然，這個世界的存在是現實的而不是虛擬的。比如，您提了這個問題，我回答您了，您聽到了，這就是證據。還有一個證明的辦法，就是您使勁掐自己一把，如果感到了疼，就證明您的存在是現實的。世界的存在也是現實的，因為你我都是這個世界的一部分——部分的存在是現實的，整體的存在就一定是現實的。

不信，你掐自己一把試試？

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