宇宙有没有边界?

26 10月

当人们抬头“仰望星空”时,都会产生疑问:宇宙有没有边界?

牛顿给出的答案是:宇宙没有边界,是无限大的。

因为假设宇宙是有限大的,里面布满了各种星系。那么根据他老人家发现的万有引力,宇宙边缘的星系会受到宇宙靠近中心的星系的吸引,从而向内聚拢。

例如星球A靠近宇宙的左边缘,它和宇宙左边界之间,有10颗星球。但它和宇宙右边界之间,有10000颗星球,那它感受到右边的引力强,就会往右移动。最后因为万有引力,宇宙中所有的星系都会收缩成一团。

所以宇宙不可能是有限大的,只可能是无限大的。如果宇宙是无限大的,那宇宙中的任何一个点,往左边有无数的星系,往右边也有同样多的无数的星系,这样左右受到的万有引力正好相等,星系间才能保持距离,不至于缩成一团。

牛顿证毕。

一直到19世纪,人们才觉得宇宙可能不是无限大的。19世纪德国哲学家天文学家奥伯斯认为:如果牛顿是对的,宇宙确实是无限大的,那么宇宙存在的时间既不可能是无限长,也不可能是有限长。

他是这样推导的:假设宇宙是无限大的,宇宙存在的时间也是无限长的,那世界就没有夜晚了,天空将永远白昼,这与现实不符。

你将天空想象成一块显示屏,天空中每个像素点都一定有一颗发光的星星。因为是宇宙是无限大的嘛,星星是无限多的。抬头看向天空中任何一个点,只要无限延长,终将在这个方向上出现一颗发光的星星。而且宇宙已经存在了无限长的时间了,所以就算这颗星星离我们非常远,它发出的光经过了无限长的时间,也肯定已经到达了地球。所以天空中每个像素点都有亮光,不存在黑夜了。

所以如果宇宙是无限大的,那宇宙存在的时间只能是有限长的。这样虽然天空中每个像素点都存在一颗发光的星星,只不过宇宙还很年轻,诞生的时间不长,遥远的星星发出的光还没有足够的时间到达地球。所以夜晚几乎是一片漆黑。

但这又是矛盾的,因为宇宙存在了有限长的时间,而光速最快,没有什么能比光速更快,光速是有限的。有限长的时间 * 有限的光速,结果不可能是等于无限大的空间。

这下人们慌了:牛顿的万有引力证明了宇宙是无限大的(否则所有的星系将缩成一团)。但如果宇宙无限大,那宇宙存在的时间,既不可能是无限的(那将没有夜晚),也不可能是有限的(有限 * 有限 不可能乘出个无限)

这个悖论直到1929年才被天文学家哈勃(哈勃望远镜就是以他名字命名的)解答出来。哈勃发现:星系都在远离我们,而且越远的星系离我们远去的速度越快。这一发现为宇宙大爆炸提供了理论基础。

之前人们都是以静态的眼光看待宇宙。认为宇宙有限大等价于认为宇宙有个静态的不变的尺寸。但其实根据哈勃的发现,宇宙是动态发展的,好比一个气球。

当你给气球吹气时,气球表面的任意两个点都是在互相远离对方。一旦停止吹气,气球就会开始收缩,气球上的两个点就会相互靠近,就好像万有引力。所以牛顿的万有引力并没有失效,因为星系受到向外的膨胀的力大于受到的万有引力,所以宇宙现在正在膨胀。如果有一天让宇宙膨胀的外力消失了,就会如牛顿预言一样,万有引力终将让所有星系缩成一团。

这下终于不矛盾了:宇宙是正在膨胀的有限大,宇宙也存在了有限长的时间。

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