【原】快上車！帶你去見(jiàn)宇宙之外的世界

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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物理學(xué)家們?cè)缇脱芯窟^(guò)宇宙的本質(zhì),但一些理論學(xué)家更想要了解未知（或許不可知的）的領(lǐng)域，即宇宙邊界之外的物質(zhì)到底是什么。是否有可能存在宇宙之外的其他物質(zhì)？答案是：可能有。以下是關(guān)于“某些物質(zhì)”可能存在的五個(gè)理論。

“宇宙之外”，一直以來(lái)都是一個(gè)極為棘手的問(wèn)題，因?yàn)槭紫饶惚仨毝x宇宙，必須了解宇宙。由此，一個(gè)常見(jiàn)的答案便浮現(xiàn)了出來(lái)，這被稱為可觀測(cè)宇宙（observable universe），它由光速來(lái)定義。這樣的定義是因?yàn)槲覀兊娜庋壑荒芸匆?jiàn)光，宇宙中的任何物質(zhì)都不能超越光速。

因為光速是有限的，所以宇宙大小變得不可測(cè)。不過(guò)我們可以利用光速來(lái)定義，即最遙遠(yuǎn)的一束光到達(dá)地球的距離。另外，紅移現(xiàn)象，證明了可觀測(cè)宇宙還在不斷地膨脹，但它也是有限的——因?yàn)楣鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡可以為我們提供最為遙遠(yuǎn)的宇宙，這個(gè)極限有時(shí)被稱為哈勃體積（Hubble volume 或 Hubble sphere）。我們永遠(yuǎn)無(wú)法超越哈勃體積邊界，所以無(wú)論出于什么目的和意圖，它是我們唯一可以與之交互的宇宙。

藝術(shù)家對(duì)可觀測(cè)宇宙的對(duì)數(shù)尺度構(gòu)想，以太陽(yáng)為中心，朝外是太陽(yáng)系內(nèi)行星和外行星，柯伊伯帶，奧爾特云，南門二，獵戶臂，銀河系，仙女座星系，鄰近星系，宇宙纖維狀結(jié)構(gòu)，宇宙微波輻射以及處在邊緣的不可見(jiàn)的大爆炸等離子體。作者 :Unmismoobjetivo

超越哈勃體積

不過(guò)，我們肯定知道，在哈勃體積邊界之外還有“更多的宇宙”。天文學(xué)家認(rèn)為空間可能是無(wú)限的，因?yàn)椤拔镔|(zhì)”（能量、星系等）的分布與可觀測(cè)宇宙中幾乎是相同的。如果真的是這樣，那對(duì)于外面的空間會(huì)有一些非常奇怪的影響。在哈勃體積之外，您不僅可以找到更多不同的行星，最終還會(huì)找到一切可能的物質(zhì)。

如果您走得足夠遠(yuǎn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)另一個(gè)太陽(yáng)系中地球上的人類在各個(gè)方面都和我們一樣，不同的只是您今天早餐吃的是麥片而不是雞蛋，或是還有一個(gè)您不吃早餐。事實(shí)上，宇宙學(xué)家認(rèn)為，如果您走得足夠遠(yuǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)另一個(gè)哈勃體積與我們的完全相同。或許還有另一個(gè)版本的您，您的任何一個(gè)動(dòng)作都會(huì)影響到10到10^188次方米之外的您。似乎這是不太可能的，但無(wú)窮遠(yuǎn)是極其無(wú)限的。

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)在三維空間視覺(jué)化的哈勃體積（球）。在這個(gè)尺度中每一個(gè)細(xì)小的光點(diǎn)代表的都是超星系團(tuán)。室女座超星系團(tuán)－我們的星系的家－位于我們的哈勃體積的中心，但是在圖中實(shí)在是太小了，因而難以看見(jiàn)。圖：Andrew Z. Colvin

宇宙暗流（Dark flow）

在2008年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些非常奇怪并且讓他們意想不到的物質(zhì) - 銀河系中的星團(tuán)以極快的速度向同一方向流動(dòng)，其速度超過(guò)了每小時(shí)200萬(wàn)英里。在2010年的新觀察更加的證實(shí)了這種現(xiàn)象，后來(lái)被稱為宇宙暗流（Dark Flow）。這種運(yùn)動(dòng)違背了大爆炸后宇宙中質(zhì)量分布的所有預(yù)測(cè)。

一個(gè)可能的原因是：在哈勃體積之外存在著一種巨大的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的引力對(duì)星團(tuán)造成了一定的影響，從而形成暗流。這就意味著我們視野之外的無(wú)限宇宙結(jié)構(gòu)是不均勻的。至于結(jié)構(gòu)本身，它們實(shí)際上可以是任何物質(zhì)，在尺度上物質(zhì)和能量的聚集，我們幾乎無(wú)法想象，從其他宇宙漏出引力的奇異扭曲。

銀河系之外的星系全景圖，諾瑪星系團(tuán)和大吸引子，在圖像右下角靠近銀河系的圓盤處（藍(lán)色長(zhǎng)箭頭）。圖：IPAC/Caltech, by Thomas Jarrett

泡沫宇宙理論

談?wù)摴w積之外的物質(zhì)需要一點(diǎn)“作弊”手段，因?yàn)樗赡苋匀皇峭粋€(gè)宇宙，只是這一部分可能是我們看不見(jiàn)的。該部分可能具有與我們宇宙相同的物理定律和常數(shù)。在宇宙的另一個(gè)版本中，宇宙大爆炸后的膨脹導(dǎo)致“氣泡”在空間結(jié)構(gòu)中形成。

每個(gè)氣泡都是一個(gè)停止與其他空間一起伸展的區(qū)域，并形成了各自的宇宙，擁有自己的物理定律。在這個(gè)場(chǎng)景中，空間是無(wú)限的，每個(gè)氣泡也是無(wú)限的（因?yàn)槟梢栽趩蝹€(gè)無(wú)限體內(nèi)存儲(chǔ)無(wú)限數(shù)量的無(wú)限值）。即使您能以某種方式突破我們氣泡的邊界，但是氣泡之間的空間仍在不斷膨脹，所以無(wú)論您走得多快，您永遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)下一個(gè)氣泡。

“泡沫宇宙”示意圖，宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常數(shù)，我們的“宇宙”不過(guò)是其中的一個(gè)“泡沫”而已。圖：Original by K1234567890y

黑洞的多產(chǎn)

物理學(xué)家李·斯莫林（Lee Smolin）提出的一個(gè)理論，即眾所周知的多胎宇宙理論，這個(gè)理論表明了我們宇宙中的每一個(gè)黑洞都可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)新宇宙的形成。每個(gè)宇宙都會(huì)有各自稍微不同的物理定律。以這種方式，斯莫林建議對(duì)宇宙進(jìn)行某種自然選擇，因?yàn)楹诙搭l繁形成的定律導(dǎo)致了更多宇宙的產(chǎn)生，而非黑洞形成的宇宙，這樣的宇宙會(huì)“消亡”。此后，這一理論遭到（斯莫林本人和其他人）否定。

宇宙本身就是一個(gè)黑洞？莫非我們一直生活在黑洞里面？圖：網(wǎng)絡(luò)

多重宇宙論

有許多關(guān)于平行宇宙的理論，但是最流行的弦理論包含了弦理論思想的演變，涉及到在其它維度上振動(dòng)的膜。關(guān)于弦理論或膜理論的詳細(xì)說(shuō)明已經(jīng)超出了本文的范圍，但整個(gè)事件的結(jié)論是，第11維中的這些波紋膜是完整的其他宇宙，并且當(dāng)漣漪相互撞擊時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)新的宇宙。

漣漪運(yùn)動(dòng)的影響有助于解釋我們現(xiàn)在觀察到的物質(zhì)在宇宙中的分布。該理論中最奇怪的元素之一就是我們?cè)谟钪嬷兴?jīng)歷的所有引力實(shí)際上都是從另一個(gè)維度中的另一個(gè)宇宙中泄漏出來(lái)的（這解釋了為什么這里的引力與其他基本力相比顯得如此微弱）。