現代宇宙學中的五大問題：宇宙的外面是什麼？

「現代宇宙學」是一門天文學和物理學的交叉學科,它從整體的角度研究宇宙的結構、運動和演化,可謂願景宏大、雄心勃勃。20世紀至今,宇宙學家們建立了五花八門的宇宙模型,這些宇宙模型主要分為兩大派別:一種是「穩恆態宇宙模型」,認為宇宙在大尺度上的物質分布和物理性質是穩恆不變的;另一種是「演化態模型」,認為宇宙在大尺度上的物質分布和物理性質是隨著時間而變化。名目繁多的現代宇宙學理論中,「大爆炸宇宙論」(The Big Bang Theory)最為著名,這一理論認為宇宙是一個「奇點」在137億年前發生了大爆炸之後所形成的。儘管一些樂觀派人士認為21世紀是現代宇宙學的「黃金時期」,但其中的五個問題仍讓人困惑不已。

一.太陽系是否處於宇宙的中心?

20世紀初期,美國天文學家愛德文.哈勃(Edwin Hubble)和助手米爾頓.赫馬森(Milton Humason)發現遠方星系的譜線均有紅移,而且距離越遠、紅移越大,進而他們得出了一個重要結論,即其他星系正遠離銀河系而去,證明了「宇宙膨脹說」。天文學家們常用充氣的氣球比擬和解說「宇宙膨脹說」,可招致了大多數人的誤解和曲解,他們會好奇和詢問地球、太陽系、甚至銀河系是不是整個宇宙的中心,若不是,那麼整個宇宙的中心在哪裡。事實上,整個宇宙並無「中心」,也就是說,不存在一個比較優越的參考系。

(宇宙)

二.宇宙正往哪裡膨脹?

受日常生活經驗的影響,一部分人認為整個宇宙不斷膨脹的話,那麼它向什麼地方膨脹呢?比如某個人把氣球放在一個小玻璃瓶中,鼓脹的氣球充滿小玻璃瓶內的空間之後,它就無法在擴大了,那麼,是不是宇宙外側也有什麼「空間」可供它膨脹呢?天文學家認為,依據阿爾伯特.愛因斯坦的相對論,宇宙是自我獨立的整體,它並不需要嵌入高維空間,就可以實現彎曲、收縮和膨脹。

三.「大爆炸」到底是什麼樣的爆炸?

天文學家查爾斯.貝內特(Charles Bennett)認為,「大爆炸」這個詞並不能恰如其分的描述「大爆炸宇宙學」這一理論,「大爆炸宇宙學」表述的是宇宙的膨脹和冷卻,而「大爆炸」往往讓人們聯想到鞭炮的炸裂、以及其他的化學爆炸現象,一旦人們有了這個先入為主的印象,就難以把「宇宙大爆炸」想像成其他的東西。「宇宙大爆炸」更接近於物質、能量、時間以及空間自身的創生和伸展,「膨脹宇宙理論」這個名字比「宇宙大爆炸」更貼切一些。

(宇宙)

四.「大爆炸」之前是什麼呢?

目前,沒有人確切的知曉「大爆炸」之前是什麼,也許「大爆炸」之前一無所有、是一種純粹的虛無狀態,也許「大爆炸」之前超乎想像、是一種更高緯度的存在物。美國哈佛大學的阿維.洛布(Avi Loeb)教授認為,宇宙起始於循環大爆炸,也就是說,宇宙不斷的重複著膨脹和收縮,「奇點」同時是宇宙的起點和終點,不過,並沒有觀測數據能證實他的假說。

五.宇宙的「外面」是什麼?

一部分宇宙學家認為,宇宙是無限的,也就是說,宇宙並無一個區分「裡面」和「外面」的界限,它無邊無垠、無比寬廣,經歷了一個超高速膨脹階段之後,它仍會一直膨脹下去,人類觀測到的宇宙僅僅是滄海一粟。

(宇宙)

小考題:你認為宇宙是「無邊無垠」的、還是「有限無界」的?歡迎你留言討論。

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