宇宙是无穷大的吗？那无穷大的宇宙外面又是什么？

earth20011

宇宙是无穷大的吗？那无穷大的宇宙外面又是什么？
作者：一点资讯

新鬼子

泻药。

宇宙有没有外面？
提出这个问题，是因为我们的思维方式过度依赖语言符号逻辑。语言的限制对思维产生困扰。
当我们问“这个杯子用来干什么？”这个问题的时候，我们已经先验地认定了这个杯子是可以用的。
当我们问“这个老奶奶多大年纪了？”这个问题的时候，我们已经先验地认定了这个老奶奶是有年龄的。
当我们问“你吃饭了么？”这个问题的时候，我们已经先验地认定了你是具有吃饭这项功能的。

这些先验的认定，通常是可以成立的，如上面的例子。但在一切情况下则是难以成立的。比如下面的例子：
这只蜗牛是公的还是母的？（我们假设了蜗牛作为动物是分性别的，其实不分）
那边是东？（我们假设了存在东这个方向，但是站在北极，就不存在了）
宇宙的外面是什么？（我们假设了宇宙有外面，但其实对此我们无法肯定）
宇宙有没有外面？（我们假设了宇宙像一个容器一样，放置在一个更大的容器里，才谈得上里面、外面）

我们之所以会先验地觉得“宇宙像一个容器一样，放置在一个更大的容器里”，是因为两点：
1。我们对宇宙的整体面貌知之甚少；
2。我们对身边生活的环境见得太多。

我们大脑的工作方式就是如此，用上面的2的信息来猜测1的信息，我们称之为脑补，或者叫想象力。

只有我们掌握了现代科学中的生物学技术，我们可以解剖蜗牛、观察蜗牛的繁殖、甚至检验蜗牛的DNA，我们才真的明白，“这只蜗牛是公是母”这个问题是不存在的。

boma

1.宇宙可不可是无穷大。
一个平面，你可以一直向前走，永远不会回到起点。而如果是一个球面，你可能走一定时间就回来了。平面就是所平坦的情况，球面就是闭合空间的一种情况。目前观测表明，宇宙三维空间基本上是平坦的，也就是说宇宙可以无限延伸下去，不会闭合。所以宇宙可以是无穷大的。

2.宇宙是不是真的无穷大。
这不好说，因为按照大爆炸理论，宇宙时间是有限的。如果没有存在超光速作用，那么到一定的尺度之外的宇宙我们是无法观测，也无法推测其情况的。

3.无穷的宇宙外面是什么
无穷的宇宙没有外面。你觉得困惑是因为这个概念反日常直觉。

2支棒棒糖

我们的宇宙外面很有可能还是宇宙。
越来越多的研究者相信我们的宇宙并不单单只是我们印象中的宇宙，我们的宇宙可能只是很多宇宙之一，这些宇宙一起组成一个巨大的叫作「多元宇宙」的结构。
目前为止，我一直试图给你留下这样的深刻印象：即我们的宇宙就在那里。我已经避免了超出我们所熟悉的空间和时间四个维度的可能性，也避免了超出我们在夜空中转动望远镜时所见的东西。并且，正如我们所看到的，这非常自然地解释了大爆炸理论中的一些常见误解，并提供了一个关于我们的宇宙可能来自何处的解释的暗示。
然而，越来越多的物理学家和宇宙学家认为这种孤立的现实观根本就是错误的。这些研究者相信我们的宇宙可能只是很多——甚至无数个宇宙之一，这些宇宙连接在一起成为一个巨大的叫作「多元宇宙」的结构。我个人认为这些关于我们住在多元宇宙中的论断很有说服力，但你要想清楚自己的想法是什么。
如果真的存在多元宇宙，这将会是与我们截然不同的各种宇宙的家园。将会有一些宇宙的夜空被完全重塑，有不同的星星和不同的星座；也会有宇宙以不同的方式形成星系和星团；会有宇宙空无一物，什么都没有；会有宇宙的物理定律被重新设计，时空维度会和我们熟悉的四维不同，自然基本作用力的强弱会很不一样——并且存在完全崭新的基本力；还会有宇宙具有或大或小的暗物质和暗能量密度，从而改变最大尺度上的空间膨胀。
多元宇宙还会拥有与我们非常相似但有微小差异的宇宙：太阳系中的行星数量不同；太阳可能亮一点或是暗一点，从而改变我们的日常环境；地球向着相反的方向自转，使得太阳西升东落。
这些差别可能会更加微妙。比如在有的宇宙中会是你写下这本书，而我则是看上去很困惑、摸不着头脑的人；在有的宇宙中根本不存在你和我；在某个地方，猫王正在计划他的下一次复出巡回演出；也确实会有很奇怪的地方，就像在那个怪异的宇宙中，你是克拉克顿的皇帝。
你应该知道我在说什么了，如果这听起来像是道格拉斯·亚当斯的《银河系漫游指南》（Hitchhiker's Guide to the Galaxy）中的无限不可能驱动器所引发的东西，那是因为在某种程度上确实是这样。的确，多重宇宙可能真的如此之大，以至于每个可能宇宙中的每一种可能性都会在某个地方发生。
那么，是什么让清醒理智的物理学家沿着这条看似狂野又充满幻想的道路走下去呢？
早在 18 世纪，伟大的艾萨克·牛顿爵士本人就提出了多元宇宙的想法。在他 1704 年的《光学》（Opticks）一书中，牛顿推测宇宙可能被分成不同的领域，具有不同的「密度和力」，可以「改变自然法则」。他补充道：「我在这一切中没有看到任何矛盾。」更早的时候，1584 年，意大利数学家和天文学家焦尔达诺·布鲁诺就在他的书《论无限、宇宙和诸世界》（On the Infinite Universe and Worlds）中将宇宙描述为「无限世界的世界」。尽管他因为过于大胆而被宗教裁判绑在木桩上烧死。

「多元宇宙」一词被认为是在 1960 年，由不列颠行星际协会苏格兰分会副主席安迪·尼莫发表的演讲中创造出来的。

事实上，在已经建立的物理学和宇宙学体系中有数条路径可以引向可能被称作「多元宇宙」的东西，尼莫的演讲只涉及了其中之一，这是一种看待量子理论定律的方式，量子理论认为量子随机性是在粒子与其他宇宙中的对应物发生相互作用时产生的。
为了更清楚地说明什么是「多元宇宙」，麻省理工的瑞典裔物理学家马克斯·泰格马克提出了四种可能的定义，或者如他所说的更能表明真正意义的「等级」。
泰格马克的第一级对所有人来说是最好理解的，它是宇宙暴胀的结果（参见第八章），宇宙在诞生后的几分之一秒内急速地膨胀，当暴胀结束后，它开始了绵延 138 亿年的温和膨胀，正如我们今天所看见的。结果就是，由此产生的宇宙非常大——远远超过今天通过望远镜可以看到的最远天体的距离。

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宇宙很有可能是无穷的，即使有限也远远超出了我们可观测宇宙的尺度。目前对可观测宇宙的观察，以微波背景辐射为参照物，任意三个前景天体所组成的三角形内角和都是180度。要知道，如果空间是弯曲的，那么光也会是弯的。我们都知道球面上的平行线会相交，三角形的内角和大于180度。所以至少可观测宇宙尺度里，宇宙是平直的。
如果宇宙是平直的，那么空间是无穷大的平面（欧几里得几何）；
如果宇宙是开放的，那么空间是一个无穷大的马鞍面，也无穷大（罗巴切夫斯基几何）；
如果宇宙是球面，那么空间是有限的，如果空间够小，甚至可能比可观测宇宙还小，这种情况下我们看到的远处的星系只不过是近处同一个星系多绕了宇宙几圈的光（黎曼几何）。
（开放：马鞍面；平直：平面；封闭：球面。我们的宇宙实际是平直的）


不论哪一种，人类的三维空间都在那个面上而不在内部，所以宇宙都没有边界。即使宇宙有限，那么也是空间弯曲绕回自身，往前走以后又绕回到原地了。问宇宙外面有什么就好像问北极北边有什么、东经180度东边有什么一样。现代人问“宇宙的边缘是不是一堵墙”与古人问：“大地的尽头是不是个大悬崖/大瀑布，我会不会掉下去”是一个性质。只有在更高维度的空间，才能到三维宇宙的外面去回望它，可我们一进四维空间就死球了。


封闭的宇宙很恐怖，它扭曲到了不断地绕回自身，就好像打开一扇门走出去，却发现自己又回到了房间里的房子，是个真正逃不出去的囚笼。不过幸好事实并非如此，至于宇宙为什么是平直的，现在主流的理论是认为在大爆炸之后，宇宙发生了一次剧烈的暴胀，尺度迅速增加，宇宙的曲率被瞬间抹平了。这就好像一只气球如果能被吹得无限大，那么它的表面看起来就像平面了。
（爆胀远早于宇宙微波背景辐射的生成，甚至早于太初核合成。它形成的引力波可以在微波背景辐射中看出）


PS：我一直认为西游记里孙悟空翻不出如来的掌心也是因为那里的空间被扭曲，并非如来佛的手能伸长。反正西游记都存在“天上一日地下一年”的观念了是吧。
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我其实挺震惊于很多人想象力的匮乏，似乎在他们看来，宇宙的尽头要么是这样的
要么就得是这样的
好像再也想象不出别的可能性了一样。


图片来自网络搜索