宇宙的邊緣在哪裡?
據國外媒體報導,當伽利略在1610年首次用望遠鏡看向宇宙時,他發現了隱藏在銀河系中的“無數恆星團”。自那以後,我們的宇宙已成倍增長。大約三個世紀後,當天文學家製作了更先進的望遠鏡並發現銀河系只不過是“宇宙中眾多星系”中的一個時,宇宙的邊界再次向外延伸。很快,他們發現,宇宙也在膨脹,星系之間的距離越來越遠。
如今,越來越大的的望遠鏡已經告訴我們,可觀測的宇宙直徑可達到難以想像的920億光年,其中大約包含2萬億個星系。但是,天文學家仍不知道,在已知的宇宙之外,到底還有多少未知的宇宙。
加州大學歐文分校的弗吉尼亞·特林布爾說:“宇宙總是比我們看到的更大。”
製造更大的望遠鏡對擴大宇宙的邊緣已經無濟於事。“望遠鏡只能看到可觀測的那部分。我們看不到宇宙誕生之前的過往,”NASA哥達德空間飛行中心的宇宙學家、諾貝爾獎得主約翰·馬瑟解釋說,“所以,我們的視線完全受到了限制。我們已經竭盡所能,看到能看見的一切了。”馬瑟也是詹姆斯韋伯太空望遠鏡的首席科學家。在宇宙邊緣,我們看到了大爆炸遺留下的光輝,即所謂的宇宙微波背景輻射(CMB)。然而,這還不是宇宙的魔法邊緣。我們的宇宙仍在不斷前進。我們可能永遠不知道邊緣在哪裡。
最近幾十年,宇宙學家一直試圖通過先確定宇宙的形狀,來解決這個謎團,就像古希臘數學家埃拉托色尼用簡單的三角函數計算地球的大小那樣。理論上,我們的宇宙可能具有三種形狀中的一個,到底是哪種形狀取決於空間本身的曲率:鞍形(負曲率),球形(正曲率)或扁平形狀(沒有曲率)。
鞍形宇宙的支持者比較少,而球形宇宙對我們地球人來說似乎更加容易理解。我們的地球是圓形的,太陽和其他行星也是圓形的。一個球形宇宙意味著,你可以在宇宙中向任何一個方向前進,最終仍可以回到起點,就像麥哲倫和他的船員環遊地球一樣。愛因斯坦將這個模型稱為“有限而無界的宇宙”。
但是從二十世紀八十年代後期開始,為研究CMB而建造的一系列軌道觀察站進行了越來越精確的測量。測量數據顯示,宇宙根本沒有曲率。至少,在天文學家可測量的有限範圍內,宇宙是平坦的。假如宇宙真的是一個球形,那麼這將是一個無比巨大的球體,以至於我們觀察到的整個宇宙都不足以顯示出任何曲率。
“宇宙平坦得彷彿像是一張無邊無際的紙,”馬瑟說,“若是如此,你可以向著任何方向無止境地前進,而宇宙幾乎不會有多少變化。”你永遠無法走到平坦宇宙的邊緣;你只會發現越來越多的星系。
大多數天文學家對此沒有異議。一個平坦的宇宙既符合觀察也符合理論。所以,扁平宇宙論是現代宇宙學的核心。
但問題是,不同於球形宇宙,一個扁平的宇宙既可以是無限的,也可以是有限的。而且,我們也沒有一個真正的方法可以辨別差異。“你根據什麼來區分一個扁平的宇宙是不是無限的呢?”特林布爾說,“沒人知道。”
因此,天文學家寄希望於理論:一種可以提供間接證明的模型。例如,物理學標準模型預測了許多粒子的存在,例如著名的希格斯玻色子。即便尚未真正發現,物理學家仍認為這些粒子真實存在。
“如果你對目前觀察到的一切有一個很好的解釋,並且這個解釋也可以做一些準確的預測,那麼你就會傾向於相信事實就是如此,”特林布爾說,“這就是大多數科學家眼中的科學。”(勻琳)