由于光的传播需要时间,而宇宙的年龄只有137亿年,所以无论使用多么先进的仪器,我们应该都只能观察到距离我们137亿光年以内的宇宙。
并且这个数字还没有考虑到宇宙的膨胀。
由于宇宙在不停地膨胀,所以在这束光走完137亿光年的距离的同时,发出这束光的天体也在离我们远去。
当这束光达到我们的眼睛时,这个天体与我们之间的距离已经不止137亿光年了。考虑到这个因素后,科学家们把我们所能观察到的最远距离调整到了410亿光年。
以地球为中心,以410亿光年为半径画一个球面,这个球面就是我们的宇宙视界(CosmologicalHorizon)。
这个视界外的区域是我们永远无法观测到的宇宙,因为光还来不及从那里到达地球就已经离我们远去了。
由于任何物体移动和信息传递的速度都不能超过光速,对于视界外的宇宙,我们不仅无法观测,也无法对它施加任何影响。
也就是说,视界外的宇宙跟我们是完全相互独立的。
这里可能有人会发现一个逻辑上的漏洞。我们刚刚不是说任何物体的速度都不能超过光速吗?那为什么上面的那个天体可以在137亿年的时间里跑到距离我们410亿光年的地方去?这运动速度明显是超过光速的。
这里需要强调的一点是,我们所说的物体的速度,指的是物体在空间中移动的速度。上面的这个天体跑到距离我们410亿光年的地方去,是因为空间本身在膨胀。
为了更好地理解这个概念,你可以想象一个不断膨胀的气球,在它的东西两端各生活着一小群蚂蚁。
这两群蚂蚁都认为自己呆在原地没有动,但随着气球的膨胀,它们之间的距离却在不断增大。
一天,住在东边的这群蚂蚁想要知道气球上是否还有其他蚂蚁,于是派出了它们中爬得最快的一只叫做博尔特的蚂蚁去探索未知的世界。
在这个气球上,任何物体移动的速度和气味飘散的速度都无法超过博尔特的爬行速度。带着对新世界的期望,博尔特出发一路向西爬去。
接下来会发生什么事呢?
博尔特永远也到不了气球的另一边。
虽然博尔特一刻不停地以最快速度爬行,但由于气球膨胀的速度已经超过了它的爬行速度,它与西边另一群蚂蚁之间的距离反而越来越大了。所以博尔特永远也不会知道在气球的另一端是不是还住着一群蚂蚁。
换句话说,西边的这群蚂蚁处于博尔特的宇宙视界之外。这两群蚂蚁无法以任何方式影响到对方,它们甚至永远无法知道对方的存在。
它们所生活的世界相当于两个平行宇宙。
现在,想象有一个无限大的气球,上面生活着无数群蚂蚁,每一群蚂蚁都位于其他蚂蚁的宇宙视界之外。
那么,这些蚂蚁就相当于各自生活在无数个平行宇宙之中。
我们的处境就类似于气球上的一群蚂蚁,生活在一个半径为410亿光年的球形宇宙中,无法知道在这之外还有多少个其他的球形宇宙。
还有,这个宇宙视界是一个动态的概念。比如再过5亿年,当宇宙的年龄到了142亿年的时候,我们的宇宙视界也会随之扩大,因为我们可观测到的空间区域变得更大了。
目前的观测表明,从70亿年前开始我们宇宙的膨胀速度就不断地在加速。这样一来,虽然我们宇宙视界的空间区域会逐渐增大,但由于其他星系在不断加速离开我们,在若干亿年后一些目前在我们宇宙视界中的星系反而会退出我们的宇宙视界,进入到一个我们永远也观测不到的宇宙区域中去。
如果,只是如果,我们的宇宙是无限大的,那么将存在无数多个平行宇宙。
而由于每个平行宇宙中的粒子数是有限的,如果我们给观测的精度设一个上限的话,所有粒子排列方式也将是有限的。当然,每个平行宇宙中的所有粒子的所有可能的排列方式会是一个非常非常非常大的数字,大到人类根本无法理解,但它毕竟是有限的。
如果你试着把有限多个粒子排列放入无限多个平行宇宙,那么必然的结果就是一定会有排列方式一模一样的宇宙。就好像你只有四种不同颜色的袜子,如果要在五个抽屉里各放一只的话,那么一定有两个抽屉里的袜子颜色是相同的。
在这种情况下,在无穷多个平行宇宙中都将会有一个一模一样的你,他们做了每一件你做过的和你没有做过的事。
一个世界中的你刚娶了女明星,一个世界中的你刚拿了世界杯,还有一个世界中的你发动了世界核战。
不过这些都跟你没有任何关系,所以才叫平行宇宙么。
还有一个,就是暴胀平行宇宙(InflationMultiverse)。
这种平行宇宙理论可以看做是上一种的升级版。
1964年,人们在宇宙中发现了无处不在的微波背景辐射(CosmicMicrowaveBackground)。
这些微波辐射是宇宙大爆炸中产生的残留物,因而也成为支持大爆炸理论的有力证据。
但是当人们试着测量这些微波辐射的温度时,问题就来了。无论我们测量宇宙中来自于哪一个方向的微波辐射,它们的温度都几乎是一样的,精确到小数点后四位。稍微琢磨一下,你就会觉得这个现象实在是非常地奇怪。
想象一下,当我们站在地球上时,在我们左边137亿光年的地方有一个地点A,在我们右边137亿光年的地方有一个地点B。那么,地点A和地点B之间的距离是274亿光年。
也就是说,一束光从地点A传播到地点B所需要的时间比宇宙的年龄还要长,所以这两个区域是无法对另一方造成任何影响的。
那为什么地点A和地点B会有着相同的微波辐射温度呢?如果仅仅是地点A和地点B的微波辐射温度相同,那也许还可以用巧合来解释。
但是在我们的天空中有无数的地点A和地点B,它们的微波辐射温度全都一模一样,这就无法用巧合来解释了。
你可以想象有一栋大楼,里面有100个房间,每个房间里放着一杯咖啡。你走进每一间房间对里面的咖啡温度进行了测量后,惊讶地发现它们的温度竟然是一模一样的。
这已经不能用巧合来解释了。你只能合理地推测,这些杯子里地咖啡曾经都在同一个咖啡壶里,在充分搅拌均匀后才被人分别 倒入到100个咖啡杯里,然后又被端到了100个不同的房间中去。
这有什么问题吗?大爆炸理论不是本来就假设在宇宙诞生的时候所有的物质都挤在一个狭小的空间里吗?这个狭小的空间不就正是那个咖啡壶吗?
问题在于,把咖啡壶里的咖啡搅拌均匀需要一点时间,而标准的宇宙大爆炸理论并没有给这个过程留出足够的时间。在标准的大爆炸模型中,宇宙诞生后的物质还来不及建立热平衡就被抛到了遥远的地方。
这个矛盾被称作视界问题(HorizonProblem)。这也是标准的大爆炸理论中的一个漏洞。
为了填上这个漏洞,有人对大爆炸理论又进行了修正,提出了暴胀宇宙理论(InflationTheory)。
在暴胀宇宙理论中,宇宙并没有在大爆炸之后立刻开始快速膨胀,而是先等物质和能量在一个极小的空间里『搅拌』均匀之后才开始了一次剧烈的膨胀,时间大约是在大爆炸后的0。000……0001秒(小数点和1之间有35个零)。
这次剧烈地膨胀持续了极为短暂的一刻(不到0。000……0001秒,小数点和1之间有31个零),但膨胀的速度却大得吓人。在这短短的一瞬中,宇宙膨胀了10到26倍之多。
这也是为什么这种理论被翻译为暴胀宇宙理论。在经历了这次剧烈的膨胀之后,宇宙的膨胀速度突然又放缓了,继续以一个较慢的速度持续膨胀,直到今天。
在这个理论中,宇宙就像是一位耐心的公交车司机,在开车前先跟乘客确认好,大家都准备好了吗?温度都一样了吗?物质都均匀了吗?都好了是吧,开车!
当然这只是一个比喻。宇宙不是公交车,可以说停就停说走就走。是什么东西造成了这次暴胀,又是什么东西使它停了下来?这些都需要科学家给出一个解释,哪怕只是理论上的。
为了解释暴胀产生的机制,科学家们创造出了暴胀场(InflationField)这样一个概念。
暴胀场可以产生一种排斥力,从而推动整个宇宙快速地膨胀。并且随着宇宙中的空间越来越大,暴胀场还会进一步产生更大的排斥力。
至于为什么暴胀场会有这样的性质,我们作为普通读者就没有必要深究了,因为它本身只是一个被创造出来的概念。科学本来就是一个不断提出假设然后再对其进行验证的过程。
好,我们现在有了暴胀产生的机制。但如果暴胀场可以产生如此之大的排斥力,那又是什么让它停了下来呢?回答这个问题似乎比回答暴胀场产生的机制要更加困难。
针对这个问题的一个回答是,暴胀宇宙从来就没有停止过,也永远不会停止。
在你读到这个句子的时候,整个宇宙仍然处在一刻不停的持续暴胀之中。暴胀停止的地方,仅仅是我们所在的这一小块区域而已。这个理论叫做永恒暴胀理论(EternalInflation)。