第二部分 理解外部空间 第8章宇宙地平线之外
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当你的旅程刚开始的时候,在沙滩上,你迷惑于自己肉眼所看到的天空是否就是整个宇宙。
现在你知道答案是否定的。
我们的肉眼只能让我们看到几百颗恒星,全部位于我们的星系——银河系中,以及来自其他几个邻近星系的一些微弱光斑,如果你知道该往哪里看的话。
使用望远镜或者其他强大的工具,你现在已经能够看到整个可被观察的宇宙,与肉眼所见相比大得不可思议,但它依然存在限制:临界最后散射面。
这个散射面位于我们的过去,大约一百三十八亿年以前。
它同样也位于空间中,离我们一百三十八亿光年处。
它限制着我们所能看到的东西。
所有来自更远处的光需要经过超过一百三十八亿年的时间才能到达我们这里,但一百三十八亿年以前,光无法自由运动。它被束缚住了。整个宇宙在那个时候过于致密。只有到了一百三十八亿年前,光才能自由穿越时空。
临界最后散射面就是那个时间点留下的图像。从那里看,它标记着一个透明的时空。从地球上看,它标记着可见宇宙的尽头。
在某种意义上,这个散射面是我们宇宙的地平线。我们无法看到更远,至少从地球上看是这样。
实际上,从本书开始你或许就已注意到了,你所游历的宇宙只是从地球上观察到的宇宙。
你的宇宙旅行一直限于那个以我们地球为中心的宇宙地平线之间。
那么从其他地方观察到的宇宙会是什么样子?那里的宇宙地平线也一样以地球为中心吗?
想象一下你坐在小艇内在海洋上漂流,远离一切陆地。你能清楚地看到地平线:那条分开水面与天空的线条。环顾一下,你就能看到它形成一个圆圈,中心就是你。
那么是不是这就意味着你是海洋的中心?
当然不是。
这意味着你是你所能看见的海洋的中心,或者你的可见海洋中心。你无法看到这个边缘之外的东西,那是你的地平线。
但这并不意味着边缘之外不存在。
有东西存在。
当然有东西存在。
一个坐在离你有一定距离的另一条小艇里漂流的朋友也有一条地平线包围着她。她的地平线,决定了她的可见海洋。
如果她离你足够近,她能被你看见,你们俩的可见海洋之间有着共同的波浪,但她能够在某些方向上看得比你更远,远过你的地平线;而你也一样,在相反的方向。
她也可以一开始就在你的地平线之外。
在这种情况下,你们俩的可见海洋可能依然部分重合,但互相并不知道对方也在漂流。
还有第三种可能,你的朋友离你更远,她的可见海洋与你的毫无交集。
从天上看,代表着那两个限制你们视线的地平线圆圈不相交。她所能看到的一切,你都看不见。她可能看到火山岛或者鲸鱼,而你完全不知道。
在太空里,也是一样。
我们从地球上能看到的可见宇宙是一个半径为一百三十八亿光年的球。
但这并不意味着外面就没有东西存在。
位于另一个行星上的另一个人,会有另一个包裹着他的宇宙地平线,它的半径也是一百三十八亿光年,因为同这里相比,那里的宇宙没有理由更老或更年轻。
你前面已经听过的三个宇宙原则就是为了保证下述结论而引入的:那些离我们非常遥远,因此它们与我们没有共同可见部分的可见宇宙应该看起来与我们相似(显然,不是完全一致,但是相似),并且遵循同样的物理定律。
就算她漂得太远,你已无法看到她,你也不会认为你朋友的可见海洋中有着会飞的山峰。
在外太空也一样。大自然的规则应该到处都一样,不应该有什么地方比别处更受优待。
伴随而来的推论应该是住在整个宇宙(包括那些在可见宇宙之外的部分)里任何地方的人,他们所看到的可见宇宙应该也在膨胀,并且遵守爱因斯坦的方程式,如果他们按下时间的回放键,他们也将看到一个热大爆炸的宇宙,同我们在这里看到的相同。以他们为中心的热大爆炸,而不是以我们为中心。
从这样的视角看我们整个宇宙,完全没有所谓中心,大爆炸在各处发生。
从这个视角,你能够体会到所谓“多重宇宙”的概念:一个由许许多多分离的宇宙所形成的大宇宙,各个分离宇宙之间无法互相交流,虽然它们都属于同一个整体。
在本书结束前,你会见到四个这种多重宇宙的例子,这里只是第一个,我首先介绍它,因为大多数科学家相信它是正确的。
说了这么多之后,是否意味着整个宇宙,把在所有地方所观察到的可见宇宙拼接在一起后的“所有一切”,是无限大的?
不,不是的。举例来说,就像海洋,不管你有多少小艇,如果把所有小艇上所见到的可见海洋拼接在一起,你看到的整个海洋,依然是有限的。
那么整个宇宙是有限的?
也不对。或者至少,可能如此。
我们不知道。
如同我在上一章一开始就说过的那样,不幸的是爱因斯坦的方程式没有回答这个问题。
好吧。
我们到底证明了什么?你认为没什么?甚至什么都没有?
或许连大爆炸理论你都觉得没有什么说服力,只是一种抽象的想法罢了。
的确,你可以反驳说你的朋友们所观察到的天空(离我们越远的星系,逃离得越快)只能说明宇宙现在在膨胀。或许有许多种过去能够导致现在的膨胀,并不一定要引入这个所谓大爆炸的夸张说法。
你当然可以这么争辩,但很快就会有回答。
科学不是政治。
大自然不会在意某些人的意见,即便它们是大多数的意见。
实验证据永远是必须的。
我们现在就会看到,事实上大爆炸的确在遥远的过去留下了一些过硬的证据,这些暗示极具说服力,以至于有些人认为这些足以构成无可辩驳的证据证明了大爆炸的发生。
事实上,它的位置比这更远,因为从那束现在到达我们的光离开光源之后宇宙又膨胀了不少。物理学家们估计现在的距离应该大约在四百六十亿光年。