|
! ^7 g4 I! a- ~+ u 为什么宇宙是这个样子？科学家们探索了许多解释宇宙的方法，产生了一些听起来很疯狂的想法。1.膜宇宙
1 ~2 t+ q9 O5 m: n5 \8 m: r) f 我们理所当然地认为宇宙是三维的——你可以在三个垂直的方向上移动。然而，一些理论提出了另一个空间维度,它在另一个垂直方向上，我们不能直接感知。这个更高维度的空间被称为“The bulk”，而我们的宇宙是漂浮在“The bulk”内部的三维薄膜——或“膜”。
! s# L$ @ K5 v( h
- {( [7 s3 d6 B& D 2 ]& G, m7 X: |
$ Q7 r. O5 F/ Z- m
) x! B9 U' | W4 x; Y% _" L
/ V' i8 t- Z% J' A9 T 2.大啪嗒(The big splat)艺术家对多个膜世界的印象。当两者碰撞时，它们可能
2 k2 y4 d! L2 G7 _% A, t4 q 在遥远的未来，星系最终会相距很远，以至于一个星系发出的光永远无法到达另一个星系。事实上，随着恒星变老和死亡，光或热消失的时代终将到来。宇宙将是一个黑暗、寒冷、空虚的虚空。这听起来像是一切的结束，但根据一种理论，它实际上是下一个宇宙在无休止重复循环中的开始。不过膜世界理论提供了新思路，当一个冷的、空的膜与另一个碰撞时会发生的情况——如果有足够的时间，它最终肯定会发生。宇宙学家 Neil Turok 和 Paul Steinhardt 相信这样的碰撞会产生足够的能量来创造一个全新的宇宙。3.充满等离子体的宇宙 + F& Q, s. c5 G& u
宇宙大爆炸仍然是许多科学家的首选理论，它得到了两个关键观测数据的支持——宇宙的膨胀和宇宙微波背景(CMB)。大爆炸之后，宇宙随即变得更小、更热，充满了像太阳一样发光的等离子体。我们仍然看到这个超热阶段以充满整个空间的辐射海洋的形式结束。在这几十亿年的时间里，宇宙的膨胀将辐射冷却到华氏零下454度(摄氏零下270度)，但它仍然可以被射电望远镜探测到。 $ k+ d1 Q, F+ @2 \9 X8 j+ Z9 Y
CMB在每个方向看起来几乎都一样，如果宇宙一直以目前的速度膨胀，这就无法解释。许多科学家认为，在宇宙大爆炸后的几分之一秒内，它经历了一段短暂的极速"膨胀"，体积突然从亚原子尺度膨胀到几光年。 9 x- g$ `- L! `: c' R y# ^5 D$ j/ ?
; V8 y! O3 W0 ~& e4 A& m. w
5 j% ^9 p; a( U* ~! Q( \3 ~
/ `" d3 X- I8 f5 N3 G. @
& w4 T, Y/ P ^: U3 ~ 1 o/ d$ [+ A2 s, V" Z' t" q
4.全息宇宙 ) K% _( K' }8 l
全息图是在二维空间完整地编码三维空间。根据这一理论，整个三维宇宙可能被"编码"在其二维边界上。这听起来可能不像生活在模拟中那么令人兴奋，但它的优势在于它是一个科学可检验的理论——英国南安普敦大学2017年的研究表明，它与观察到的 CMB 波动模式一致。5.稳态宇宙 8 ?4 O+ B$ o3 k' K3 D; l
根据美国宇航局的说法，大爆炸是我们对宇宙如何开始的最佳猜测。过去它的密度较大，未来它的密度会变小。但并非所有的科学家都对此感到满意，所以他们提出一个设想，在一个不断膨胀的宇宙中让密度保持恒定。这个办法涉及到以每百万年每立方米约三个氢原子的速度不断创造物质。 ) L& T' B4 x: R+ L
u* n* ?+ h. d
5 _8 P, S8 I( v0 o  % i! g! w, y' c ^; |( N; |$ n
a2 S" N/ g( U8 R$ { t7 \
; D, j( y: F. k. [7 O1 z
6.多元宇宙我们的宇宙只是巨大多元宇宙中的一个气泡吗？
! x6 U. `2 s/ S. Q( J; {/ V 在大爆炸的传统观点中，为了解释 CMB 的均匀性，有必要假设超快速膨胀的早期爆发，即暴胀。一些科学家认为，当我们的宇宙退出这个膨胀阶段时，它只是膨胀空间浩瀚海洋中的一个小气泡。在保罗斯坦哈特( Paul Steinhardt)提出的这个称为“永恒暴胀”的理论中，其他气泡宇宙不断地在暴胀海洋的其他部分出现，整个集合构成了一个“多元宇宙”。 / \# n6 c- P( g$ h
这个理论变得更加奇怪，因为其他宇宙没有理由应该拥有与我们相同的物理定律——有些可能有更强的引力，或者不同的光速。虽然我们无法直接观察其他宇宙，但可以想象其中一个宇宙会与我们自己的宇宙发生碰撞。科学家甚至认为CMB中的“冷点”是这种碰撞的印记。
, @- O0 q5 }' h 7.我们认错了重力？我们的银河系是否被暗物质包围，还是引力理论是错误的？ + e8 `: o! `* t
7 \ I! V" N: F& h0 ]: h \# z- Z & U5 I3 f% m; V
4 @9 Q8 Z1 e7 B F" {$ r# l& O
' L( `' A' R2 b* b% @
/ W/ V/ U2 M' L5 q# }1 ? 宇宙理论依赖于对引力的准确理解——这是物理学中唯一能在非常大的尺度上影响物质的力。但引力本身并不能解释某些天文观测。如果我们测量星系外围恒星的速度，如果唯一阻止它们的是可见星系的引力，它们就会移动得太快而无法留在轨道上。类似地，星系团似乎被一种比可见物质引力所能解释的更大的力聚集在一起。
! j9 y7 l" ~) B+ F 有两种可能的解决方案。大多数科学家青睐的标准是宇宙包含看不见的暗物质，它提供了缺失的引力。另外则是说，我们的引力理论是错误的，应该被称为修正牛顿动力学(MOND)的东西所取代，科学家于2002年在《天文学和天体物理学年度评论》杂志上提出。MOND 和暗物质这两个选项与观测结果同样一致，但尚未得到证实。需要更多的实验。8.超流时空
, {% d7 r2 S$ U) E/ j( N0 ` 即使空间只有三个维度，但还有第四维度的时间形式，所以我们可以想象宇宙存在于四维度时空中。根据一些理论，例如国际高级研究学院的 Stefano Liberati 和路德维希马克西米利安大学的 Luca Maccione 在《物理评论快报》杂志上提出的理论，这不仅仅是一个包含恒星和星系等物理对象的抽象参考框架，但它本身是一种物理物质，类似于水的海洋。正如水是由无数分子组成的，时空——根据这个理论——是由比我们的仪器所能达到的更深层次的现实水平上的微观粒子组成的。 7 C [# r+ S0 }. w* W7 j& s* d
4 Q/ y1 |" P/ [
5 @/ M+ N8 s N& d1 O% R7 ?$ s$ I$ l
 7 e* Z; u# z% K+ ]! D
9 t( @1 l9 v3 \/ x9 E: D) m
/ Y7 M* q9 O, u6 ~" | 该理论将时空可视化为具有零粘度的超流体。这种流体的一个奇怪特性是它们不能像搅拌普通液体那样以整体方式旋转。它们分裂成微小的漩涡——在超流体时空的情况下，这可能是形成星系的种子。 - e! x0 o9 b5 O! L7 u# t2 u
9.仿真理论根据一些哲学家的说法，宇宙是计算机生成的幻觉，投射到我们的大脑中。
8 \$ Q5 k6 }* L3 ^" r& ? 到目前为止，所有理论都来自科学家——但这里有一个想法来自哲学家。如果关于宇宙的所有信息都通过我们的感官和科学仪器进入我们的大脑，谁能说这不全是精心设计的错觉？整个宇宙可能只不过是一个超复杂的计算机模拟。这是一个在“黑客帝国”电影中流行起来的想法，但尽管这个想法听起来很古怪，但一些哲学家却很认真地对待它。然而，它未能通过真正的科学理论的检验，因为无法证明它是真是假。
5 z! d, M: P' H$ c% U) A0 O% A/ P 6 k: c% s: n5 r
# A# l9 v$ C; v M o 
6 C7 d& g; M: p$ J' ^
% [8 L0 E8 F; `: f7 t
# B/ Q; G+ O3 L; o+ d# q" i 10.宇宙自我之旅
* W% m. G7 {' t 物理定律涉及一些决定重力、电磁力和亚原子力强度的基本常数。但如果它们稍微偏离它们实际的值，宇宙将是一个非常不同的地方。对我们来说最重要的是，我们所知道的生命——当然包括我们自己——不可能存在。有些人将此视为宇宙是有意识地设计以让类人生命进化的证据——所谓的以自我为中心的人类学理论。
7 N" {4 W+ o$ l! O1 i
) M' u; I5 z/ Z, G% q% X# q1 G; }1 N! K# X/ \) b. @
" M7 ~/ j+ \! o; H* t
3 ^1 X3 }* H+ v+ S: @3 i& ?: O* e( ?* B2 {8 i& I6 ^- G" m
| 
