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宇宙是虚拟的吗?天文学家:光速限制下,人类没办法看到宇宙全貌

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如今科学界已经知道,宇宙诞生于约140亿年前,并且自那时起一直在持续膨胀。既然一样东西在不断膨胀,那么它理应存在某种边缘。事实上,从某种意义上说,宇宙确实有边缘。

由于信息的传递速度不可能超过光速,人类只能看到那些光在过去140亿年间抵达地球的宇宙区域。当人们向外眺望时,所见到的其实是一个以自身为中心的球体,也就是所谓的可观测宇宙。

但情况稍微复杂一些:由于宇宙一直在膨胀,人们所看到的最遥远的天体,如今实际距离地球约为450亿光年。因此,可观测宇宙是一个半径为450亿光年的球体,其中包含大约两千亿个星系,每个星系又由数千亿颗恒星组成。

这条由光速划定的界线还带来一个耐人寻味的推论:一切被"看见"的天体,其实都是它们过去某一时刻的样貌。



距离地球254万光年的仙女座星系,是人类在夜空中用肉眼可以辨认的最远的常规天体系统,但此刻映入视网膜的那团淡光,来自254万年前;4.22光年外的比邻星,呈现的是数年前的模样;至于数十亿光年之外的更遥远星系,直至465亿光年外的可观测宇宙边界,本质上都属于早已发生过的事件。

它们此刻真正的状态,人类永远无从知晓。

对人类而言,宇宙的确存在一个边缘:不断向外看,就是不断回溯过去,直到再没有过去可以回溯为止。这个边缘更像是一种时间上的边缘,从某种意义上讲并不具备实际的空间含义。



真实的宇宙必然比人类所能看到的部分更大,但究竟大出多少呢?主要有两种可能:宇宙或者非常庞大但仍然有限,或者是真正意义上的无限。

假如宇宙是有限的,那么原则上就可以用有限数量的冰淇淋将其填满。所需要的冰淇淋虽然极其惊人,但终究是一个有限的数字。

这种设想会带来一个奇怪的问题:一个有限的宇宙应当具有边缘,也就是空间在此终结的宇宙之墙。而如果有边缘,边缘之外似乎也应存在着某种东西。



可是根据定义,宇宙就是"一切存在的总和",那么在"一切存在"之外又怎么可能还有别的东西?"存在于一切之外"这个概念本身是否成立呢?

物理学在这里提供了一个巧妙的解决方案:宇宙可以没有边界,同时又能被有限数量的冰淇淋填满。

若要理解这一点,可以想象一颗橙子和一只极小的蚂蚁。蚂蚁只能看到橙子皮的一小块,正如人类只能看到宇宙中的一小部分。



但如果蚂蚁开始行走,它最终将绕橙子一周,回到出发点。也就是说,橙子皮并不是无限的,但也没有边界。

宇宙并不像橙子皮那样简单,但两者可能颇为相似——它可能不是一个球体,而是一个超球面,即三维空间自我卷曲而成的结构。人类的大脑很难直观想象这种形态。

但关键在于:这样的结构既有限,又没有边界。任何一个方向的旅行者最终都会回到原点,永远不会撞上一堵所谓的"宇宙之墙"。



即便如此,这样的宇宙也远比可观测宇宙广阔得多。它内部的天体依然遵循各自的运动规律,甚至可能以出人意料的方式发生交汇。

仙女座正是一个鲜活的例子。它是极少数呈现蓝移的星系之一——绝大多数星系的光谱都因宇宙膨胀而红移,而蓝移意味着它正在朝银河系逼近。

根据当前观测数据,最快在约37.5亿年后,仙女座就会从侧后方撞上银河系,两座本星系群内的巨无霸将逐渐纠缠、融合,最终演化成一个全新的不规则星系。宇宙的静谧只是表象,其内部时时刻刻都在酝酿着惊人的碰撞。



第二种可能则更加令人眩晕:宇宙可能是真正意义上的无限。这意味着无论向哪个方向出发,无论走得多远,总还有更多的空间在前方铺展开来。它没有中心,也没有边界,而是在所有方向上永无休止地延伸下去。

在一个真正无限的宇宙中,会出现一个奇特而深刻的推论。如果一个人足够幸运地拥有无限的寿命,并且能够以任意速度旅行,那么他将不仅仅看到无数的恒星、行星与星系,或许还会发现宇宙中最特别的存在:他自己。

一个正在观看这段内容的、与自己完全相同的复制品。

这如何可能?宇宙中所有的存在都由有限种类的粒子构成,而有限种粒子的组合方式也必然是有限的。



这一数字或许庞大到让人类感觉它宛如无限,但严格地说它并不是无限。既然构建事物的方式有限,而空间却是无限的,物质又在所有方向上永无止境地铺展,那么依照纯粹的概率,重复出现是合乎逻辑的。

当然,仅仅因为某事在可能性上成立,并不意味着它就一定会发生。也许宇宙确实延展至无穷,却只有那些平淡无奇的事物在无休止地重复;也许真正独一无二的自己只有一个。

但如果物理规律在处处都相同,那么在遥远的某处,气体同样可能孕育出恒星与行星,原始的遗传信息可能从化学反应中出现,并最终演化为细胞、动物,通过一系列极其不可能的路径演化下去,最终诞生出会制作影像内容的类人生物。

既然这样的过程至少发生过一次,那么它的概率就并非为零。



遗憾的是,这两个"自己"永远不可能相遇,因为"几近于零"意味着这种概率极其微小。这种距离之遥远,几乎等同于"永远无法抵达"。

尽管如此,在一个真正无限的宇宙中,粒子的每一种组合方式都不仅仅是可能存在,而是必然反复出现。这种既冰冷又诡谲的推论,正是无限宇宙留给人类思维的最大礼物,也是它最难消化的部分。



论述至此,也该收笔了。虽然上述种种情形在理论上都是可能的,但已经踏入了科学哲学的领域。目前,这些设想都无法被检验或证实。

如果宇宙真的是无限的,人类将永远无从得知。

现实是,对于人类而言,宇宙是有限的,并且存在一个边缘——那是时间意义上的边缘,是可以被观察到的。人类能够与之互动的一切都处在可观测宇宙之中,而且这一状况极有可能永远不会改变。



即使这个有限的宇宙让人感到渺小,它仍然足够宏大,足以承载人类及其后代所能构想的一切梦想。对所有人来说,它已经"无限"地足够广阔了。

值得深思的是,光速的这道天然屏障,让所有观测都被"过去"这层滤镜所笼罩,眼前的宇宙其实是层层叠叠的旧影拼接。

银河系内的恒星,呈现的往往是几千年乃至几万年前的样貌;而银河系外的天体影像,则更多来自数十亿年甚至上百亿年之前的时空。



由于不同区域之间还存在着膨胀速度的差异,宇宙的图景更像是一幅由无数时间切片拼贴而成的巨型画卷,而非同一瞬间的整体快照。

无论这种设想是否成立,可以确定的是:真实的宇宙全貌,注定被光速关在了人类观测能力之外,只留给我们一个既真实又永远残缺的投影。

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