如果到達宇宙的邊緣,會撞上一堵空間“牆”嗎?能把手伸過去嗎?

一寸荒涼y


這是我小時候的思維。我當時思考,如果宇宙邊緣是牆,那麼吧牆打破外面是啥?後來學了愛因斯坦的理論才知道,這個空間是四維的,不是時間軸作為四維,而是三維空間被扭曲直到閉合。打個比方,如果你從地球平面上一個點出發直線出發,不管如何走最多隻能回到出發點。同理,從空間中一個點出發不論你如何走最多隻能回到出發點。


求佛天子


類似這樣的問題在古代人們就思考過。比如古希臘的某位哲學家就提出這樣的問題:假設你那些一把弓箭,向前射箭,然後在箭到達的地方繼續向前射箭,一直持續下去,最終你射出去的箭會到達哪裡?會裝上“一堵牆”嗎?

如果存在這樣的“一堵牆”,牆的另一面又是什麼呢?

按照這種思維方式進行下去,你永遠不會找到最終的答案,這就像數學上的極限一樣,沒有盡頭。或者就像你永遠找不到最大的數一樣!

而按照目前主流的科學理論來講,我們的宇宙是有限無邊的。宇宙是有大小的,但有限的宇宙沒有邊的,所以無論如何你永遠到不了宇宙的邊,更不能撞上“一堵牆”然後把手伸出來!

如何理解宇宙的“有限無邊”?

有限很好理解,也就是說宇宙不是無限大的,它有大小,比如可觀測宇宙直徑是930億光年(當然真實大小很可能會更大),但有限的宇宙沒有邊如何理解?

需要用到愛因斯坦的廣義相對論。這個理論表明,我們的宇宙並不是平坦的,而是各種彎曲交織在一起,甚至會出現空間撕裂的情況,宇宙萬事萬物都可以影響時空結構!

而假設你能夠在宇宙中永遠飛行下去,你所認為的直線飛行其實並不是直線,那只是一種錯覺,實際上你是沿著彎曲的時空結構在飛行,如果一直飛行下去,最終你很可能回到原點!

這與我們在地球上行走類似,我們會感覺沿著直線走,其實也是沿著地球的弧度在行走,一直行走下去就會回到原點!某中意義上講,地球也是“有限無邊的”!

不同的是我們能跳出地球,但外太空感受地球的大小和邊界,這就像是位於二維的我們跳到三維空間感受地球。但我們的宇宙是三維的,理論上如果真的想感受宇宙的真面目,需要跳出宇宙,比如說到四維空間才能一目瞭然!

但這是不可能的,起碼目前沒有任何可能性,因為我們本身就是三維的一部分,我們能觸及的任何部分也都屬於宇宙本身!所以,即使宇宙存在邊界,存在“一堵牆”,你也不可能把手伸出去,因為你身體上的所有部分都屬於宇宙!


宇宙探索


宇宙空間會有一個最外面的界限,一個在它的外面沒有任何東西,甚至連空間本身都不存在的邊緣嗎?假設有,能夠把手伸過去嗎?

這是希臘數學家、數學力學奠基人亞基塔(Archytas)最早提出來的。亞基塔不僅是一個數學家,還是一個哲學家。他的貢獻之一是建立了音樂的數學理論,但最為人所知的就是他這個關於宇宙空間邊緣的難題。

宇宙空間到底是否有邊緣?

如果宇宙學原理是正確的,那麼宇宙空間是各向同性的,空間的彎曲程度在宇宙尺度上就該是處處相同的。愛因斯坦廣義相對論的場方程顯示,宇宙中包含的物質與宇宙的空間彎曲有關聯。或者更精確地說,宇宙中的質能總量決定了宇宙的幾何形狀。

廣義相對論允許存在一個宇宙的臨界密度,這個密度和宇宙的膨脹速率有關。如果宇宙中的質量能量密度恰好等於臨界密度,那麼宇宙的三維空間部分是平坦的;如果宇宙的密度大於臨界密度,那麼宇宙就會是處處正向彎曲的,這種宇宙被稱為閉合的宇宙;如果宇宙的密度小於臨界密度,那麼空間就會是反向彎曲的,這種宇宙又被稱為開放的宇宙。

我們是三維世界中的生物,很難想象一個三維空間是如何彎曲的。讓我們任意去掉三維空間的一個維度(因三個維度的地位相同,去掉一個維度沒有關係),藉助二維曲面在三維空間的情況來觀察。數學上用曲率來描述曲面的彎曲程度,那麼空間幾何就有3種可能:處處正向彎曲、處處反向彎曲,或者平坦。

我們可以看到,處處正曲率的曲面就是一個類球面。處處負曲率的曲面,就是一個像馬鞍面的反向彎曲的曲面,處處零曲率的曲面,就是一個平面。其中,平直的宇宙和反向彎曲的宇宙都是無限延伸的,而閉合的宇宙則是有限無界的。

根據最新宇宙學的觀測數據,在宇宙的曲率測量到千分之六的精度下,宇宙似乎是平坦的。但平坦是一個臨界值,存在觀測誤差,因此我們永遠無法嚴格證明宇宙是否平坦。不管宇宙的幾何形狀是哪一種類型,它始終沒有邊緣。

由於受到技術、光速和三維的侷限,我們不能“看”到多維空間的存在。宇宙空間的形狀或許不是我們認為的三維概念,而是超出想象的沒有邊緣的四維連續空間,如同一個四維的“麵包圈”。我們看到的光線軌跡或許只能繞著麵包圈轉的圈而已,永遠不會到達一個邊緣,或到達一堵“牆”。宇宙的邊緣只能以想象的方式存在,正如平行宇宙一樣,成為了一個哲學問題。

如果非要假定宇宙存在邊緣,能把手伸過去嗎?

亞基塔(Archytas)對此難題的回答是:如果我們不能把手伸過任何假定的邊緣(或邊界牆),那顯然是荒謬的。從邏輯上講,如果有邊緣,前提是邊緣之外沒有任何東西,那麼就沒有任何東西能夠阻擋我們的手伸過邊緣,這樣反過來又排除了最初邊緣的存在。因此,如果手可以伸過去,那就表明邊緣之外還有容納手的空間。所以,我們最初假定的空間邊緣實際上並非是邊緣。

現在設想,移動我們的手伸到的那一點,並再次實驗,重複上述問題再問是否能夠伸手越過這個點,等等類推。既然這個方法可以無限繼續下去,那麼就可以推出宇宙空間沒有邊緣,因而是無限延伸或有限無界的。

哈勃定律也告訴我們,宇宙空間正在自行膨脹,意味著最初邊緣界限之外還有空間產生,邊緣也在向外擴張。我們在此語境下討論的邊緣是邏輯上的邊緣,而非物理上的邊緣。

長久以來,眾多的數學家和哲學家對涉宇宙空間的邊緣問題進行了不懈的探索研究。數學家龐加萊(Henri Poincare)曾提出假想的三維或多維宇宙空間的拓撲學問題。有趣的是,他認為,即使假設空間有個邊界,但當物體接近邊界時,物體的大小會以它們實際永遠到達不了邊界的方式而發生變化。物體會受空間性質的影響,如果空間的曲率足夠大,物體大小的變化可能很明顯,就像它在邊界時一樣。所以,對亞基塔的難題——“物體在宇宙空間的邊緣上的行為如何”的回答是:取決於空間在那裡的性質。

很遺憾,關於宇宙邊緣的難題其實不可能有確切的答案。學者們傾向於兩個思想是等價的(或者至少不作區分)——宇宙空間沒有邊緣和空間可以無限延伸,而一個閉合空間或許是有限而無界的。

(謝謝閱讀)


看松讀畫軒


要想知道宇宙有沒有邊緣,或者想走出宇宙!我們首先要了解宇宙的形狀和大小,這就跟我們地球一樣,以前人們認為地球是平的,沿著一個方向走,就會掉入無盡的深淵,這確實能走出地球,但是現在我們還認為能沿著地球的二維平面能走出地球嗎?很顯然,現在我們要往上走,也就是從第三維度的空間飛出去,才能離開地球,宇宙的情況十分類似!因此我們就先從地球的形狀!

地球的形狀

大家都知道關於地球的形狀,在人類歷史上也是頗有爭議,人們容易相信自己的直覺,也就是眼睛看到的東西。就地球的大小來說,我們人類在地球上不管怎麼看,地球看起來都是平的。直到1948年,人類才真正意義上在外太空獲得了地球的曲率合成照片。

那麼以前的人類去不了外太空,除了環球航行這種冒險方法,還有沒有科學的辦法知道地球的形狀?有!如果我們在地球的大尺度上選擇三個點,將其連接起來,就夠成了一個三角形。在平面上三角形的內角和是180°,在球面上內角和會大於180°,那麼在凹面上內角和會小於180°。根據角度的測量,我們就能確定出地球到底是球形、平坦還凹面。當然古希臘的埃拉托色尼也能根據太陽光的影子看出地球是圓的。從地球這裡我們可以得到這樣的啟發:

  • 在小尺度上,我們無法分辨二維表面的形狀

  • 二維平面在三維空間中可以彎曲成任何形狀
  • 要想走出二維平面,我們必須藉助另外的維度,也就是三維空間

掌握以上的知識,我們就可以看看宇宙了!

那麼宇宙的形狀呢?


根據廣義相對論的預測,宇宙的形狀也可以是正彎曲、負彎曲或者是平坦的。這取決於宇宙中所包含的能量成分和宇宙的最初膨脹率。但是和地球不同的是,地球的表面是一個二維平面,我們可以在三維空間中俯瞰地球,但我們不能去俯瞰宇宙,這是因為我們就生活在三維空間中,我們沒有另外一個維度,也就是說,我們無法退到四維空間去看宇宙。

但我們也可以效仿測量地球曲率的辦法,去測量宇宙的曲率,當然在宇宙中選三個點畫三角形,由於可觀測宇宙達到了920億光年,這三個點至少得相隔數十億光年吧。這我們是萬萬辦不到。但是我們有其他的方法,那就是測量宇宙微波背景輻射!

我們都知道,宇宙微波背景輻射是來自大爆炸38萬年的光,也是我們能看到最遠、最古老的光線,這些光經歷了138億年的歷史,穿越了920億光年的旅程到達我們地球,根據廣義相對論,空間曲率會改變光線傳播的路徑,因此看下圖,我們可以測量這些光線的形狀。

如果宇宙是封閉的球形,我們測量的光線就應該是上圖中(a)形狀,(b)就代表了平坦的宇宙,(c)就代表了負彎曲的宇宙。在這個測量中人們首次確定了我們的宇宙,至少是我們能看到的宇宙曲率幾乎是平坦的,沒有任何曲率。

宇宙是否有邊緣?有沒有宇宙“牆”?我們能走出宇宙嗎?

上圖就是我們宇宙可能的形狀,但我們是最後一個平坦的宇宙,這裡需要注意一下,上圖都是二維平面對三維空間的展現方式,我們無法想象三維空間的形狀,就像二維平面中的人無法想象三維空間一樣。而且我們還知道,宇宙實際的大小要比可觀測宇宙大得多,這就說明了雖然我們測量的可觀測宇宙是平坦的,但不代表整個宇宙就是平坦的,這就跟我們地球類似,我們看到地球是平的,只是因為我們太渺小,視野有限。地球表面的二維平面就彎曲呈了封閉的球形。

因此類似宇宙地球二維表面的彎曲,三維空間也可以在四維空間中彎曲成各種封閉的形狀,由三維空間組成的封閉形狀跟地球表面類似,是無限的空間。因此我們不會達到宇宙的邊緣,因為沒有邊緣,也沒有所謂的宇宙“牆”!如果我們想俯瞰宇宙,就必須進入四維空間,這樣我們就能走出三維宇宙,但是四維空間在哪呢?


量子科學論


也就是你假設了一種事物讓大家判斷這種事物的狀況並說明理由?這是你自己假設的你問別人?


拔草工人老夏


手伸不出去,根本沒有外面,也沒有牆,你伸到哪裡去?所有的物質運動都需要依託空間,宇宙包括了所有的空間,並且是一個閉合彎曲的空間!

你再怎麼伸還是和你現在伸手一樣,因為時空彎曲尺度太大,你根本感覺不到彎曲罷了!如果你的手夠夠夠長,你伸出手都能摸到自己的後背!大爆炸創造了時間和空間,大爆炸的範圍就是宇宙的一切!

假如一定要說有所謂的外面,那也是沒有空間,沒有時間,沒有任何物質,沒有光,沒有黑夜,沒有能量,沒有思想,沒有我們所能描繪的一切。我們無法理解,無法觀察,無法認知,無法描述的存在!和我們不是一個緯度,和我們無任何關係。所以那也根本談不上是宇宙!宇宙無之外!


黃太子28


我們的宇宙是有邊界的,比做牆也可以,牆的那一邊也許是與我們的宇宙一樣的存在,也可能是我們人類無法理解的另外一種存在。


搬山61357779


可觀測宇宙是可觀測歷史的集合。不可能在宇宙的兩個不同地點觀測到相同的歷史。可觀測宇宙的內容是相對的。可觀測宇宙邊緣的內容也是相對的。但是,可觀測宇宙的大小是絕對的。無論你在宇宙的何處觀測,可觀測宇宙的大小保持不變。因此,你永遠也不可能到達可觀測宇宙的邊緣。


全都是考驗


沒有如果,意識無界,你想怎麼樣,就能怎麼樣。不要問為什麼,如果連自己怎麼想都控制不了,你就沒救了。別人怎麼想,與你任何關係也沒有。


大道易簡1


宇宙是絕對無限的客觀存在。宇宙沒有邊界,當然也就沒有邊緣,更沒有一堵牆!想象力太豐富可以,但就就別想伸手了。


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