快上車!帶你去見宇宙之外的世界

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物理學家們早就研究過宇宙的本質,但一些理論學家更想要了解未知(或許不可知的)的領域,即宇宙邊界之外的物質到底是什麼。是否有可能存在宇宙之外的其他物質?答案是:可能有。以下是關於“某些物質”可能存在的五個理論。

“宇宙之外”,一直以來都是一個極為棘手的問題,因為首先你必須定義宇宙,必須瞭解宇宙。由此,一個常見的答案便浮現了出來,這被稱為可觀測宇宙(observable universe),它由光速來定義。這樣的定義是因為我們的肉眼只能看見光,宇宙中的任何物質都不能超越光速。

因為光速是有限的,所以宇宙大小變得不可測。不過我們可以利用光速來定義,即最遙遠的一束光到達地球的距離。另外,紅移現象,證明了可觀測宇宙還在不斷地膨脹,但它也是有限的——因為光學望遠鏡可以為我們提供最為遙遠的宇宙,這個極限有時被稱為哈勃體積(Hubble volume 或 Hubble sphere)。我們永遠無法超越哈勃體積邊界,所以無論出於什麼目的和意圖,它是我們唯一可以與之交互的宇宙。

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藝術家對可觀測宇宙的對數尺度構想,以太陽為中心,朝外是太陽系內行星和外行星,柯伊伯帶,奧爾特雲,南門二,獵戶臂,銀河系,仙女座星系,鄰近星系,宇宙纖維狀結構,宇宙微波輻射以及處在邊緣的不可見的大爆炸等離子體。作者 :Unmismoobjetivo

超越哈勃體積

不過,我們肯定知道,在哈勃體積邊界之外還有“更多的宇宙”。天文學家認為空間可能是無限的,因為“物質”(能量、星系等)的分佈與可觀測宇宙中幾乎是相同的。如果真的是這樣,那對於外面的空間會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,最終還會找到一切可能的物質。

如果您走得足夠遠,就會發現另一個太陽系中地球上的人類在各個方面都和我們一樣,不同的只是您今天早餐吃的是麥片而不是雞蛋,或是還有一個您不吃早餐。事實上,宇宙學家認為,如果您走得足夠遠,會發現另一個哈勃體積與我們的完全相同。或許還有另一個版本的您,您的任何一個動作都會影響到10到10^188次方米之外的您。似乎這是不太可能的,但無窮遠是極其無限的。

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宇宙大尺度結構在三維空間視覺化的哈勃體積 (球)。在這個尺度中每一個細小的光點代表的都是超星系團。室女座超星系團-我們的星系的家-位於我們的哈勃體積的中心,但是在圖中實在是太小了,因而難以看見。圖:Andrew Z. Colvin

宇宙暗流(Dark flow)

在2008年,天文學家發現了一些非常奇怪並且讓他們意想不到的物質 - 銀河系中的星團以極快的速度向同一方向流動,其速度超過了每小時200萬英里。 在2010年的新觀察更加的證實了這種現象,後來被稱為宇宙暗流(Dark Flow)。這種運動違背了大爆炸後宇宙中質量分佈的所有預測。

一個可能的原因是:在哈勃體積之外存在著一種巨大的結構,該結構的引力對星團造成了一定的影響,從而形成暗流。這就意味著我們視野之外的無限宇宙結構是不均勻的。至於結構本身,它們實際上可以是任何物質,在尺度上物質和能量的聚集,我們幾乎無法想象,從其他宇宙漏出引力的奇異扭曲。

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

泡沫宇宙理論

談論哈勃體積之外的物質需要一點“作弊”手段,因為它可能仍然是同一個宇宙,只是這一部分可能是我們看不見的。該部分可能具有與我們宇宙相同的物理定律和常數。在宇宙的另一個版本中,宇宙大爆炸後的膨脹導致“氣泡”在空間結構中形成。

每個氣泡都是一個停止與其他空間一起伸展的區域,並形成了各自的宇宙,擁有自己的物理定律。在這個場景中,空間是無限的,每個氣泡也是無限的(因為您可以在單個無限體內存儲無限數量的無限值)。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,所以無論您走得多快,您永遠無法到達下一個氣泡。

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

黑洞的多產

物理學家李·斯莫林(Lee Smolin)提出的一個理論,即眾所周知的多胎宇宙理論,這個理論表明了我們宇宙中的每一個黑洞都可能會導致一個新宇宙的形成。每個宇宙都會有各自稍微不同的物理定律。以這種方式,斯莫林建議對宇宙進行某種自然選擇,因為黑洞頻繁形成的定律導致了更多宇宙的產生,而非黑洞形成的宇宙,這樣的宇宙會“消亡”。此後,這一理論遭到(斯莫林本人和其他人)否定。

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宇宙本身就是一個黑洞?莫非我們一直生活在黑洞裡面?圖:網絡

多重宇宙論

有許多關於平行宇宙的理論,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的膜。關於弦理論或膜理論的詳細說明已經超出了本文的範圍,但整個事件的結論是,第11維中的這些波紋膜是完整的其他宇宙,並且當漣漪相互撞擊時,就會形成一個新的宇宙。

漣漪運動的影響有助於解釋我們現在觀察到的物質在宇宙中的分佈。該理論中最奇怪的元素之一就是我們在宇宙中所經歷的所有引力實際上都是從另一個維度中的另一個宇宙中洩漏出來的(這解釋了為什麼這裡的引力與其他基本力相比顯得如此微弱)。

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五次卡拉比–丘流形的橫截面。圖:Polytope24

審核人員:魚卿

最終審核:零度星系

編輯用時:2018年12月20日 -2018年12月21日(花費時長:約5個小時)

審核用時:

最後更新:2019年2月18日星期一

注意:所有信息數據龐大,難免出現錯誤,還請各位讀者海涵以及歡迎斧正。

全文排版:天文在線(零度星系)

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