萬古難題!宇宙的中心在哪裡?

仰望晴朗的夜空,你會看到各個方向的星星,感覺就好像自己是宇宙的中心。但是你是嗎?如果不是,那麼宇宙的中心在哪裡?事實上,宇宙沒有中心。自從138億年前宇宙大爆炸以來,宇宙一直在膨脹。但是,儘管如它的名字,大爆炸並不是一個爆炸,爆炸從一箇中心點爆炸。宇宙開始非常緊湊和微小。然後宇宙中的每一個點都同樣地膨脹,直到今天。所以,如果沒有原點,宇宙就沒有中心。

萬古難題!宇宙的中心在哪裡?

博科園-科學科普:一種思考方法是想象一個二維的螞蟻,它生活在一個完美的球形氣球的表面。從螞蟻的角度來看,表面上到處都是一樣的,球體表面沒有中心,也沒有邊緣。如果給氣球充氣,螞蟻會看到它的二維宇宙膨脹。在表面畫點小點,它們會相互遠離,就像我們真實宇宙中的星系一樣。對於這個二維宇宙中的螞蟻,任何與氣球表面垂直延伸的三維空間:比如進入氣球的中心——都沒有物理意義。

俄亥俄州立大學的天體物理學家Barbara Ryden說:它知道它可以向前和向後,但它沒有上上下下的概念。我們的宇宙是螞蟻的二維氣球世界的三維版本。但是氣球類比,由於其表面積有限,代表了一個有限的宇宙,宇宙學家仍然不確定是否屬於我們自己。受宇宙大爆炸以來光線走過程度的限制,宇宙學家的觀測只能對宇宙有限的一瞥,但整個宇宙可能是無限的。

如果是這樣的話,那麼可以用一個扁平的、膨脹的橡皮布來代替氣球。如果你想想象一個三維的宇宙,想象一個無限的葡萄乾麵包在不斷地膨脹。在這種情況下,葡萄乾代表了相互遠離的星系。如果宇宙是無限的,那麼就沒有中心。宇宙是平坦的還是彎曲的,取決於宇宙中的質量和能量總量。如果宇宙的質量和能量密度正好在所謂的臨界密度上,那麼宇宙就會像一張紙一樣平,以穩定的速度膨脹。但是如果密度更高,宇宙就會像氣球一樣彎曲。密度增加所帶來的額外引力會減緩宇宙膨脹,最終導致這種增長停滯。

與此同時,在小於臨界密度的情況下,宇宙膨脹將會加速。在這種情況下,宇宙會有負曲率,形狀有點像馬鞍。然而,它仍然是無限的,因此沒有一箇中心。到目前為止,理論上的想法和觀察——比如宇宙微波背景輻射,大爆炸後的餘輝——指向一個非常平坦的宇宙。但是宇宙學家仍然不能確定宇宙是否真的是平坦的,或者如果曲率是如此之大,宇宙只會看起來是平的——類似於地球表面上的平坦感。

宇宙沒有中心,而且沒有邊緣——與宇宙學原理一致,即宇宙中沒有地方是特殊的。觀察星系團如何分佈以及宇宙微波背景揭示了一種宇宙,當你縮小足夠遠的距離時,確實在任何地方看起來都是一樣的。縱觀歷史,人類曾錯誤地認為我們是在宇宙的中心或靠近宇宙的中心——無論那個中心是地球,太陽,甚至是銀河系。但不管我們人類認為自己有多特別,宇宙迄今為止都表現出了不同的樣子。

博科園-科學科普|文:Marcus Woo/Live Science


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