宇宙到底有多大 無限宇宙的悖論：越大，反而越空？

我們對太空的瞭解真的有我們以爲的那麼多嗎? 其實遠沒有。 每次看到天上的恆星、行星、星雲, 或許都會感嘆原來宇宙中有這麼多天體。 但如果我告訴你, 那些閃爍的星星、耀眼的星系, 甚至所有你能看見的天體, 加起來只佔整個宇宙不到5%, 你可能會驚訝地說不出話。 根據宇宙學原理, 我們的宇宙在大尺度上是均勻且各向同行的。 這是什麼意思呢? 簡單來說, 不論你朝哪個方向看, 宇宙在宏觀上都差不多。 一個星系對我們人類來說已經大到無法想象, 但放進整個宇宙的背景裏, 它又小得幾乎可以忽略。 於是我們可以想象, 在浩瀚的宇宙裏, 無數星系像漂浮的塵埃一樣, 均勻地散佈在四面八方的時空中。 而我們的銀河系, 不過是大約1000億個星系中的其中之一。 如果你能把這些星系都縮小成豌豆大小, 它們足以裝滿一整個運動場。 每個星系裏又有數十億, 甚至上千億顆恆星, 數量多到幾乎超出人類想象。 而其中很多恆星, 都和我們的太陽一樣。 這就引出了一個永恆的問題, 在那些恆星周圍, 會不會也有像地球一樣的行星? 那裏, 會不會也有生命在仰望它們的星空? 如今, 天文學家正嘗試回答這個問題。 他們正在尋找所謂的內地行星, 這項浩大的計劃, 被稱爲開普勒任務。 要知道, 在短短几十年前, 我們甚至連太陽系外是否存在行星都不確定。 上世紀90年代以前, 人類從未真正發現過環繞其他恆星的行星。 那時, 我們甚至懷疑, 也許太陽系纔是宇宙中的例外。 如今, 這種懷疑早已被徹底推翻。 藉助更精密的觀測技術, 天文學家已經發現了成千上萬個西外行星。 加州伯克利大學的天文學家傑弗裏·馬希曾說, 發現這些行星的關鍵在於 觀察恆星的微微晃動。 因爲當行星繞着恆星運行時, 會輕輕牽引恆星, 讓它週期性地擺動。 行星越大, 恆星的晃動越明顯。 通過分析這種細微的變化, 科學家不僅能推算出行星的質量與公轉週期, 還能推斷出它的軌道。 不過, 這種方法也有侷限。 它很難發現像地球這樣小的行星。 於是, 人類發射了開普勒太空望遠鏡, 一個專爲尋找第二個地球而生的天眼。 它使用了另一種方法, 當行星從恆星前方掠過時, 會擋住一小部分光線。 開普勒通過捕捉這種極其細微的亮度變化, 就能算出行星的大小、距離、溫度, 甚至推測它是否具備支持生命的條件。 在天文學界, 很少有任務能像開普勒計劃這樣令人激動。 它或許不能直接告訴我們 宇宙中是否真的存在另一個我們, 但它能告訴我們應該到哪裏去尋找答案。 而當我們回望宇宙的浩瀚, 不禁要問這片遼闊的時空到底有多大, 又爲什麼在如此廣闊的空間中幾乎一切都是空的? 宇宙它爲什麼這麼空? 在一個勤勞的日子爬上山頂, 你會爲美景而驚歎。 你將有機會一覽連綿數千米的大好風光, 除非那裏有一家咖啡店。 這種體驗肯定會讓你印象深刻, 因爲早上喝咖啡的時候, 你從家中窗戶只能看到幾米遠的景色 除非你是擁有頂層豪宅的億萬富翁。 或許你家跟旁邊那棟樓近得不得了, 鄰居可以從你背後偷偷看到這本書。 然而,每一晚仰望星空的時候, 你會看到更爲宏大的景象。 你可以凝望幾十億千米外的深空, 每一顆星景都像宇宙海洋中的一座小島。 仰望無邊無際的天空時, 你會看到無數會發光的小島漂浮在空中的奇景。 在這片廣袤的星辰之海中, 你所居住的地方只是地球這座小島的一個角落, 這樣的景象或許會令你恍惚。 這種景象之所以能夠出現, 是因爲宇宙大的令人難以置信, 並且大部分地方都是空曠的。 如果星星彼此靠得更近, 夜空會變得更加明亮, 人在夜裏入睡也將變得更爲困難。 如果星星之間離得更遠, 夜空會暗得令人壓抑, 我們對宇宙其他地方的瞭解也會變少。 更糟的是,如果太空不那麼透明, 這樣的美景將被籠罩在霧靄之中, 我們甚至難以認清地球在宇宙的哪個地方。 令人欣喜的是, 太陽發射的光能夠很好地穿透星際氣體和塵埃, 我們的眼睛也很擅長接受這種光, 儘管紅外線和波長更長的電磁波穿透力更強。 即使不是億萬富翁, 我們也都是非常幸運的人, 因爲我們都能看到太空深處, 但是看到並不意味瞭解。 我們的祖先跟我們看到的景象相同, 但他們得出了很多錯誤的結論。 在史前時代, 最富有的人也對身邊的偉大知識一無所知, 而今天, 在望遠鏡和現代物理學的幫助之下, 人們可以深入地探索太空, 並瞭解人類在宇宙中的位置, 知曉恆星與星系的分佈。 但我們對宇宙的瞭解並不比古人多很多, 已知的一切只會讓我們提出更多問題, 在我們看不到的地方有更多的星星嗎? 宇宙有多大? 在那麼遠的地方, 我還能買到一杯還不錯的拿鐵咖啡嗎? 下面我們要講的是最大的主題, 宇宙的大小和結構。 請坐穩,我們要出發了。 你正在地球上的某個地方讀這本書, 具體地點不重要, 也許你正坐在沙發上逗弄寵物倉鼠, 也許你正躺在阿魯巴島上的吊牀裏, 也許你在某個咖啡店的廁所裏。 在宇宙的宏大尺度之下, 這些細枝末節都變得無關緊要, 哪怕你是個土豪, 擁有自己的小型空間站。 我們地球和它的七個姐妹行星繞着太陽轉, 太陽繞着銀河系的中心旋轉, 我們的星系是一個巨大的盤狀漩渦星系, 明亮的中心延伸出幾條懸壁, 我們大約位於銀河系其中一條懸壁的中間。 我們的太陽是銀河系中 上千億顆恆星中的一員, 它既不是最古老的也不是最年輕的, 既不是最大的也不是最小的。 金髮姑娘覺得剛剛好, 當你在夜晚仰望群星時, 你看到的基本都是這條懸壁上的恆星, 從宇宙尺度看, 它們是我們的近鄰。 在晴朗的夜晚, 如果遠離光污染的話, 你會看得足夠遠, 可以看到星系盤的其他部分, 它看起來像一條很寬的帶子, 其中密密麻麻地佈滿了恆星, 好像潑在天空中的牛奶。 你在夜空中看到的一切差不多都屬於我們星系, 因爲它們最近最明亮。 根據最新消息, 宇宙的其他部分密佈着其他星系, 目前人們沒有發現漂浮在星系之間的孤星。 一百年前, 天文學家還以爲恆星均勻地點綴在太空中, 他們不知道恆星會聚集在一起形成星系, 直到建造了威力足夠強大的望遠鏡, 人們才明白那些模糊的遙遠天體究竟是什麼。 人們原本以爲自己生活的星系就是整個宇宙, 結果卻發現它只是宇宙中可見的 數十億星系中的一員。 這在當時一定是極爲不凡的重大發現。 在此之前, 人們剛剛發現地球不是宇宙中唯一的星星, 而我們的太陽也不過是衆多恆星中的一顆。 每一次這樣的發現都會使我們前進一大步, 但在宇宙的尺度上, 我們的一大步不算什麼。 最近, 我們發現星系在宇宙中也不是均勻分佈的。 它們傾向於聚集在一起形成鬆散的星系群和星系團, 這些又組成了更大的超星系團, 每個超星系團中都有數十個星系團。 我們所在的超星系團的重量 大約是太陽質量的1015倍。 真夠重的! 根據我們目前知道的情況, 在超星系團的尺度之下, 宇宙的結構層級分明, 衛星繞着行星轉,行星繞着恆星轉, 恆星繞着星系的中心轉, 星系繞着它們的星系團的中心轉, 星系團繞着超星系團的中心轉。 奇怪的是,事情到此爲止了, 超星系團不會再形成巨星系團, 但它們做了更不可思議的事情, 它們形成了橫跨數億光年 卻只有數千萬光年後的片狀和纖維狀結構。 這些超星系團構成的片狀結構極爲巨大, 它們彎曲形成不規則的球狀和絲狀結構, 將空蕩蕩的宇宙巨洞包裹其中。 那裏沒有超星系團也沒有星系, 不過說不定你會找到一些恆星、 衛星或者超級富豪。 超星系團組織是宇宙中人們已知的最大結構, 如果你繼續放大視野, 你會看到恆星星系星系團、 超星系團片狀結構這一基本模式 在其他地方反覆出現, 而不會看到更大規模的結構。 接下來沒有什麼有趣而複雜的巨星結構了, 那些片狀結構就像隨機散落在地板上的積木, 均勻地遍佈宇宙。 爲什麼這種模式以這樣的尺度爲終結? 超星系團片狀結構形成的泡泡從何而來? 爲什麼宇宙在這一層次上如此均勻? 有一件事情是顯而易見的, 在這樣的尺度之下, 我們微不足道, 我們在宇宙中沒有佔據什麼特殊的地位, 我們住的地方不是什麼核心地帶, 我們不是宇宙版曼哈頓的居民。 在擁有數十億星系, 每個星系有上千億顆恆星的宇宙中, 提到生命和智慧, 我們也不一定有那麼特殊。 我們的觀衆都是兼具學問和顏值的人, 所以你一定知道, 我們在銀河系中的位置就是這麼一回事。 但是這也引出了一個非常有趣的問題, 爲什麼宇宙會有這樣的結構? 以另一種形式存在的宇宙 並不是很難想象的東西, 爲什麼所有的恆星沒有聚集在一起 形成一個巨星系呢? 爲什麼每個星系不是隻有一顆恆星呢? 星系爲什麼會存在? 爲什麼宇宙中的恆星不能像老房子裏 懸浮的塵埃一樣均勻分佈? 說到底, 宇宙爲什麼一定要有結構呢? 宇宙似乎也可以一開始就是均勻和對稱的, 粒子在各個地方有着完全相同的密度。 如果這些是真的, 那麼我們會得到一個什麼樣的宇宙? 如果宇宙無限且光滑, 那麼每一個粒子在每個方向都會受到相同的引力, 這意味着沒有一個粒子會被迫向任何方向移動。 所有粒子永遠不會聚集在一起, 而宇宙也是寧靜不動的。 如果宇宙有限且光滑, 那麼每個粒子都將被吸引到一個共同的地方, 宇宙質量的中心。 在每一種情況下, 你都不會找到任何聚集在局部的團塊或結構。 宇宙要麼是均勻的, 要麼聚集到一處。 關於宇宙如何變得結構變生且不均勻, 物理學家有一套不錯的說法。 理論上講, 早期宇宙中微小的量子漲落被時空的快速擴張, 比如暴漲,拉伸成了無數巨大的褶皺, 爲恆星和星系在引力作用下的形成埋下種子, 這一過程也受到了暗物質的助推, 並且從某一時刻開始, 暗能量將空間拉伸到更遠的地方, 我們說了這是一套不錯的說法, 可沒說它簡單。 你看,爲了使今天的宇宙有一定的結構, 你需要它在年少時具有某種成團性。 一旦有了哪怕最微小的質量團塊, 一個局部的引力熱點就出現了, 它能將越來越多的原子拉到一起, 並使它們遠離所有其他原子的引力作用。 你可以想象一下, 好幾家星巴克咖啡店均勻地分佈在一座城市裏, 每一位咖啡愛好者都能被最近的幾家店吸引, 但這些咖啡店和它的距離都差不多, 所以他總是猶豫不決, 不知道該去哪一家店。 然而, 如果某一家咖啡店通過沖泡過程中的一點小變化 而製作出了更加香醇的咖啡, 那麼這一家店就會吸引更多的客人。 客人多了, 就會有更多咖啡店來到同一條街, 這又吸引了更多的客人, 這樣的反饋環路會造成某種集聯, 很快就會有星巴克店開在其他的星巴克店中, 促使星巴克起點產生。 如果沒有最初的那個熱點, 這一切就無從開始。 在星巴克誕生之前的早期宇宙, 那個最早的熱點對於今天的恆星和星系結構 絕對是至關重要的。 那麼, 在宇宙的嬰兒時期, 是什麼造成了第一個熱點呢? 我們所知道的講得通的機制只有量子力學的隨機性。 這不是猜想, 而是已經被觀測到的事實。 你可以回想一下我們從宇宙微波背景中看到的 宇宙嬰兒時期的樣子。 它向我們展示了宇宙在從高熱帶電的離子太冷卻爲 中性氣態佔主流的時刻。 在那幅圖像中, 我們看到的宇宙是均勻的, 但又不完全均勻。 一些微小的漣漪體現了早期宇宙中的量子漲落。 在宇宙大爆炸中, 爆炸極大的拉伸了空間, 並將那些微小的漣漪放大成了 時空構造中的巨大褶皺。 接着, 這些時空褶皺又產生了團塊聚集和引力熱點, 並在之後發展出更復雜的結構。 總之,量子層面上的隨機事件的空間 被快速擴張放大了, 這引發了我們今天所看到的一切。 如果沒有爆炸, 宇宙看起來會很不一樣。 物理學家懷疑, 宇宙中之所以沒有比超新系團的片狀和球狀結構 更大的結構, 是因爲引力還沒有足夠的時間把那些大傢伙拉到一起。 事實上, 今天宇宙中的某些部分直到最近纔開始受到 彼此的引力影響, 因爲引力作用同樣受光速的限制。 未來又會如何呢? 如果暗能量沒有使宇宙不斷擴張, 那麼引力將繼續發揮聚集作用, 由此形成更大的形狀和結構。 不過,暗能量的影響也不容小覷。 宇宙中有兩種相互競爭的作用, 引力把事物聚集到一起, 暗能量卻要把它們拉開。 在這一刻, 兩種作用似乎得到了完美的平衡, 這意味着我們生活在一個完美的時代, 所以我們見證了宇宙中這些龐大的結構。 事情真的是這樣的嗎? 我們生活在宇宙的奧茲曼迪斯時代只是一個巧合嗎? 自以爲特殊, 比如地球是宇宙的中心, 的想法應該讓我們警惕, 因爲我們很有可能是在撫慰自己脆弱的自尊心。 據人類現在掌握的知識, 我們似乎生活在一個特殊的時代, 但事實是我們也不能確定這一點, 因爲我們不敢確定暗能量的未來。 如果它繼續將宇宙拉伸, 那麼星際和超星集團就不會有足夠的時間 去繼承更有趣的結構。 但如果暗能量有所改變, 那麼引力就有機會把宇宙中的事物拉到一起, 形成我們還沒來得及命名的全新結構。 五十億年後再來查看有沒有更新吧。 無論如何, 宇宙中之所以有結構, 是因爲量子掌握帶來了最初的密度褶皺, 後者又被暴漲放大, 從而爲我們當前宇宙的形成埋下了種子。 但是,這些種子又如何 長成了我們所看到的行星、恆星和星系? 引力和壓力之間的平衡是關鍵。 在宇宙大爆炸之後, 約四十萬年間, 宇宙還是一個有着微小密度褶皺的熾熱中性集團。 引力就是在這個時候開始有所行動的。 這時每一樣東西都是中性的, 這非常重要。 所有其他的作用力都在這一點上達到平衡。 強和力使夸克結合成了質子和中子, 電磁力將質子和電子拉到一起 形成了中性的原子, 但是引力既不能被平衡也不能被抵消。 它還是非常耐心的, 在漫長的億萬年間, 這些褶皺吸引周圍的氣體, 形成了越發緻密的團塊。 宇宙已經存在了很長時間, 你可能想知道, 爲什麼引力還沒有將所有東西聚集成一個大團塊, 形成超大的恆星, 巨大的黑洞, 甚至巨型星系。 事實是,宇宙中剛好有足夠的物質和能量 可以讓引力將空間編拼, 空間不會彎曲到足夠使所有事物重新聚集到一起。 記住,暗能量在使空間擴張, 所以最終的結果是, 在大尺度上事物都在相互遠離。 即使無法贏得這場拔河比賽, 引力仍然取得了局部的勝利。 在最初的密度褶皺中形成的氣體和塵埃成爲團塊, 只不過這些團塊在整個宇宙中是分散的。 如果引力把這些氣體和塵埃的團塊 拉到一起, 那麼會發生什麼呢? 這取決於這些團塊有多大。 一小團物質的引力只能形成小行星, 大岩石,或者星冰粒。 這些東西之所以沒有在引力的作用下 坍縮成一個小點, 是因爲它們還有來自內部的壓力。 岩石中的原子不願意擠得太近, 它們會反抗。 你試過把岩石擠成一枚鑽石嗎? 那可不容易。 這些東西最終的狀態 是引力和壓力之間達到平衡的結果。 質量更大的東西, 比如像地球那麼大的行星, 其引力足夠把中心的岩石和金屬壓縮成融化的岩漿。 地球中心滾燙的岩漿就是這麼產生的。 如果你想嘲笑引力不夠強, 不如先問問自己是否有能力 把岩石炸成灼熱的岩漿。 這就是我所想到的。 如果有一團足夠大的物質, 引力還可以通過熾熱的離子 太把這團物質變成一顆恆星。 恆星從本質上說就是處於 不斷爆炸中的熱核彈。 唯一能使它們不散架的就是引力。 引力也許弱小, 但是可以把足夠多的物質聚集到一起 產生不斷爆炸的核彈, 並且使其維持數十億年之久。 這些恆星之所以沒有立即坍縮成 更緻密的天體是因爲其內部有壓力。 一旦燃料消耗殆盡, 無法再提供對抗引力的壓力, 恆星就會坍縮成黑洞。 這種引力和壓力之間的平衡存在於 惰性岩石,中心爲熔岩的行星, 以及恰好能自我維持的核聚變動力 恆星之中。 這還能解釋爲什麼恆星會聚集成星系 而不是和黑洞隨機散落在全宇宙。 記住,宇宙中的大部分質量不是用來 形成行星、恆星和咖啡豆的那些物質。 大約80%的質量, 總能量的27%是以暗物質的形式存在的。 暗物質可能具有我們不太瞭解的作用, 但我們可以肯定的是, 它的質量對引力效應是有貢獻的。 但它沒有電磁力和強核力, 所以它也沒有用來對抗引力的同一種壓力。 它會像普通物質那樣聚集到一起, 但是會持續地聚集下去, 形成巨大的暗物質運。 在有暗物質運形成的地方, 普通物質會被強大的引力拉進去。 事實上, 目前人們認爲是暗物質讓宇宙更快地形成了早期的星系。 在沒有暗物質的宇宙中, 最初的星系需要多花好幾十億年的時間才能形成。 然而, 我們現在看到的星系在宇宙大爆炸之後 僅僅僅一年就形成了, 這要感謝暗物質引力的無形之手。 星系也會被引力拉到一起, 但它們有很多種不同的壓力可以對抗引力, 所以不會坍縮成巨大的黑洞。 具體情況因星系而異。 漩渦星系沒有坍縮是因爲它們旋轉得非常快, 角動量能夠有效地使所有恆星保持距離。 這也是暗物質沒有坍縮成 更稠密團塊的原因。 暗物質粒子的速度和角動量使得引力 很難將它們拉到一起。 所以,我們看到的宇宙充滿了 由超星系團構成的巨大片狀和球狀結構。 其中每個星系都有數千億顆恆星 在圍繞着黑洞旋轉, 還有很多氣體、塵埃和行星。 至少一顆行星上居住着人類, 我們正在仰望群星, 並思考自己的存在。 但是這番景象會延伸到多遠的地方呢? 這些巨大的片狀和球狀結構 會永遠延伸下去嗎? 或者,宇宙中所有的物質更像是 虛無之中的孤島或者大陸? 如果我們能以極快的速度飛過整個宇宙, 那麼我們會更清楚地知道物質 在宇宙中是如何排布的。 更重要的是,我們會知道宇宙 能延伸到多遠的地方。 遺憾的是,我們在宇宙中東奔西跑 併到處拍照的速度有上限。 這意味着在開發出驅速引擎之前, 我們只能試着利用從遼闊的外部世界 來到地球的信息回答這些問題。 來自外太空的光讓我們看到了 怪異而美麗的宇宙畫面, 但光只有138億年的時間可以到達我們這裏。 這意味着在138億光年之外, 任何物體對於我們來說都是不可見的。 可能有星系那麼大的藍色巨龍 在我們的視線之外又蹦又跳, 吞雲吐霧,我們卻不知道。 當然,沒有證據表明這樣的龍存在, 但是我們視野之外的東西 又有多大可能跟我們身邊的東西一樣呢? 自然的世界充滿了古怪離奇和出人意料的東西, 等着我們去發現。 可觀測宇宙是非常大的, 我們看不到外面有什麼, 但我們仍能想象它有多大。 以下是幾種可能。 A.因爲沒有什麼能跑得比光速還快, 所以可觀測宇宙的半徑 一定是宇宙的年齡與光速的乘積, 也就是138億光年。 B.因爲空間本身可以擴張得比光速快, 所以我們可以看到原本在我們的視野之中 後來又超越了我們視野的東西。 因此,可觀測宇宙的半徑 最大爲465億光年。 C.可觀測宇宙是最偏遠的 兩家星巴克咖啡店之間的距離, 新的分店建成速度太快, 科學家目前無從得知可觀測宇宙的半徑。 正確答案是B。 因爲空間在擴張, 所以我們能看到那些曾經離我們比較近的東西。 可觀測宇宙要比光速成宇宙的年齡大得多, 這就是我們可以看到的宇宙。 好消息是, 我們可以看到幾十億個星系裏 1021顆恆星中的1080到1090個粒子。 另一個好消息是, 可觀測宇宙的半徑 在以每年至少一光年的速度增長。 我們不用爲這種增長做任何事。 我們要感謝數學的威力。 按體計算, 可觀測宇宙的增長更加驚人。 因爲每年增長的空間都比上一年更大, 你永遠也不會有機會踏足的絕美星系 已經多得讓你無法理解了。 但事情並沒有那麼簡單, 宇宙萬物都在遠離我們, 與此同時,空間本身也在擴張。 有一些東西與我們的距離增加得太快, 來自它們的光永遠也無法到達我們這裏。 換句話說, 可觀測宇宙可能永遠也無法追上真實的宇宙, 這意味着我們可能永遠也看不到宇宙中的一切。 壞消息是, 我們不知道宇宙的確切範圍, 事實上, 我們可能永遠也不會知道這個。 如果你想成爲宇宙製圖師, 那這個消息就太糟糕了。 宇宙有多大,讓我們來猜一猜。 也許無形空間中存在有限宇宙, 也許宇宙的大小是有限的, 只不過空間擴張時, 我們無法看到宇宙的邊界。 一些科學家研究了這種可能性, 並試圖通過聽起來合理的假設估計宇宙的大小。 以下是幾個例子。 在暴漲之前, 宇宙的大小差不多等於光速乘以它存在的時間, 因爲空間還沒有開始伸展。 宇宙中的粒子數量是一個相當大的數字, 沒有人知道比1020更大的數字是個什麼概念, 所以你基本上可以隨便猜一個數字。 將這些假設與人們當前對於宇宙大爆炸 和暗能量的瞭解相結合, 你就能得到關於宇宙大小的一個估計值, 但這個估計值的具體數字可能多達1020個。 如果這聽起來依然是個懸而未決的問題, 那就對了。 如果有人說你的房子面積在2000平方米到1023平方米之間, 那你立馬就知道他在瞎猜。 即使你相信宇宙中物質數量有限之一未經證實的假設, 你仍然不知道宇宙有多大。 儘管存在這些不確定性, 在某些情況下我們仍有可能計算出宇宙的大小, 也許有限空間中存在有限宇宙。 如果宇宙的確是彎曲的, 那麼空間也許就像球體的表面, 屬於三維甚至更高的維度。 在那種情況下, 空間本身是有限的。 它繞着自己轉了個大圈, 朝着一個方向前進並最終回到了出發的地方。 這可能令人震驚, 但我們至少能知道宇宙是有限的而不是無限的。 這樣的情景讓人頭大。 光在這樣的宇宙中也會繞圈, 這裏假設這一圈足夠小, 甚至有可能不止一次地經過地球。 這是我們有可能看到的現象, 這意味着你會在天空中多次看到 同樣的天體這個天體的光每繞一圈你就會看到它一次。 遺憾的是, 科學家試圖在星際結構和宇宙微波背景中 找尋這樣的效應, 卻沒有發現任何證據。 如果宇宙是有限的而且會繞圈, 它一定是比我們能看到的部分要大。 空間可能是無限的, 它所容納的物質和能量也是無限的。 這是一個令人匪夷所思的可能, 因爲無限是一個奇怪的概念。 這意味着宇宙中的各個角落 正在發生一切可能發生的事情。 一件事不管有多離奇, 只要它發生的可能性不爲0, 它就能發生。 在無限的宇宙中, 有某個跟你非常像的人 讀着這本書印在波點帆布上的版本。 在無限的宇宙中, 有居住着藍色巨龍的行星, 每條龍的名字都是塞尼爾, 他們總是搞不清楚誰是誰。 這些聽起來是不是很離奇? 沒錯。 但是在無限的宇宙中, 任何可能發生的事都會發生。 想知道某件事在無限的宇宙中會發生多少次, 你只要用它發生的概率稱以無窮大就好。 任何事, 只要概率不爲0, 它就一定會發生而且會發生無窮多次。 也就是說, 無限的宇宙中, 有無窮多住滿了糊塗藍巨龍的行星。 怎麼樣? 是不是腦洞大開? 但是無限宇宙中的景象與我們所看到的一切相符嗎? 無限宇宙也是通過大爆炸形成的嗎? 是的, 只要你不再假設宇宙大爆炸是從一個點開始的。 你可以想象一下, 宇宙大爆炸同時發生在各個地方。 這太燒腦了, 但這恰恰與我們觀察到的現象一致。 在這樣一個宇宙中, 宇宙大爆炸會在各個地方同時發生。 以上哪一個纔是真實的情況呢? 我們不知道。 另一個關於宇宙結構的重要謎題是, 爲什麼宇宙這麼空? 爲什麼恆星和星系之間會有這樣的距離? 太陽系的寬度大約是90億千米, 離我們最近的恆星在 大約4萬億千米遠的地方。 我們的銀河系有大約10萬光年寬, 離我們最近的仙女座星系卻在 大約250萬光年遠的地方。 無論空間有多大, 也無論它是什麼形狀, 宇宙中都有足夠的地方 讓各種東西離得更近一些。 難不成某個宇宙家長 故意讓自己的孩子分開, 防止他們在後座上爭吵? 幸運的是,空曠只是角度問題, 我們可以把這個問題劃分爲兩個不同的問題。 一,爲什麼我們不能比光速更快? 二,爲什麼空間會因宇宙大爆炸膨脹至今? 光速是我們在宇宙中衡量遠近的標識。 如果光速比現在快得多, 那麼我們就能看得更遠, 行進得更快, 宇宙中的事物看起來也不會那麼遠了。 如果光速比現在要慢, 那我們就更不可能造訪附近的星星 或者是向它們發送短信了。 另一方面,我們也不能全怪光速。 如果宇宙大爆炸沒有讓空間 在一瞬間膨脹太多太多, 那麼今天的萬事萬物都將離得更近。 如果暗能量沒有把一切都推得越來越遠, 那麼星際旅行的前景也不會 每時每刻都變得更爲黯淡。 我們可以想象一個適當膨脹的宇宙, 那個宇宙不會像我們的宇宙一樣大的離譜。 所以,宇宙的空曠 要歸因於兩個量的作用。 一個是決定了距離尺度的光速, 另一個是把萬事萬物都拉得更遠的空間膨脹。 我們不知道它們爲什麼是現在這樣, 但如果你對它們做出了更改, 你就將得到一個與我們的宇宙 看起來截然不同的另一個宇宙。 我們有這麼多巨大的謎團, 但只有一個宇宙可以研究, 所以我們不知道 這是不是宇宙組織的唯一方式。 我們不知道別的宇宙會不會有非常小的膨脹, 那裏的人會不會比我們更加親近彼此。 當你一邊品熱咖啡一邊仰望星空時, 別忘了反思這個事實, 我們關於宇宙大小和結構的所有知識 都來自我們在地球上所能看到的情況。 當然,我們已經向其他行星派出了探測器, 也向太空發射瞭望遠鏡, 甚至還把人送上了月球, 但是從宇宙的角度來看, 我們基本上只是在原地打轉。 我們對於宇宙的瞭解全部基於 我們從宇宙的某個角落進行的觀察和猜測。 處在這樣一個普通的位置, 我們已經回答了一些年代久遠的問題, 天上的星星是什麼, 它們爲什麼會移動, 也糾正了一些長期存在的錯誤觀念, 我們處在宇宙的中心。 但是然後呢, 我們的宇宙是有限的還是無限的, 幾十億年後,宇宙的結構會發生什麼變化, 這些問題的答案將大大影響 我們對宇宙和人類自身的看法。 在這片無邊的宇宙中, 距離於空無是最真實的存在。 越向外望, 我們看到的不是更多的星光, 而是更深的黑暗。 宇宙之所以顯得空, 或許正因爲它太大, 大到連光都要花上一萬年, 才能穿越其中的異域。 當我們仰望星空, 看到的其實只是浩瀚虛空中 微弱的火光提醒着我們, 宇宙並不孤單, 我們也並非渺小。