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宇宙是个甜甜圈吗?

文章标签:宇宙曲率是个起点尺度   文章来源:中国传统文化   发布时间:2020-05-21 14:58:48

假如我们坐上飞船,在宇宙中朝着一个方向飞行足够长的时间和足够远的距离,是否会回到起点?

宇宙是个甜甜圈吗?

武仙座星系团。ESO

在地球上,如果我们沿着直线一直向前走,最终会回到起点。这是因为地球有曲率,是个封闭的球形。那么假如我们坐上飞船,在宇宙中朝着一个方向飞行足够长的时间和足够远的距离,是否也会回到起点?

这是个很有意思的问题。在地球上,我们无法直接感知地球的曲率,这并不意味着地球是平的,而是因为地球的曲率在我们所能觉察的尺度之上。那宇宙有没有曲率呢?

宇宙是个甜甜圈吗?

“信使”探测器拍摄的地球。NASA

对于宇宙而言,情况可能要复杂一点。我们无法直接测量宇宙的曲率。我们只能通过分析来自遥远星系的光,来了解空间是否有曲率。假如宇宙有曲率,那么来自遥远宇宙的光,就会以一种特殊的方式发生弯曲;假如宇宙是平坦的,没有曲率,那么光的传播路径就又会呈现出另外一种不同的模式。

到目前为止,天文学家没有在星系、星系团和宇宙微波背景身上发现任何表明宇宙有曲率的证据。这说明从人类的视角来看,宇宙是平坦的。

不过谁也不知道宇宙在更大的尺度上是否存在曲率。如果宇宙存在曲率,那么它的曲率半径,至少在可观测宇宙半径的很多倍以上。

假如在更大的尺度上,宇宙有曲率,那么要想一直走再回到起点,还要满足几个条件。第一个条件是,我们的速度必须不受限。宇宙在膨胀,宇宙中许多地方连光都到不了。要环游宇宙,不突破这个天然屏障是不行的。

另一个条件是,宇宙必须是封闭的,否则我们也无法回到起点。万一宇宙是个开放的马鞍形呢?如果我们的宇宙有曲率且是封闭的,比如像个甜甜圈,那么在大尺度上,我们应当能够发现,宇宙的特征会重复出现。也就是说宇宙的同一个特征,会出现在两个以上的不同地方。

可惜我们至今没有发现这种诡异的现象。我们在深空中看到的一切到目前为止都是独一份的(引力透镜现象除外)。基于这一事实,我们可以认定,宇宙在我们可感知的尺度上是平坦的。

所以我们要是想通过一直向前走,再回到起点,首先必须违背已知的物理学规律,能够超越光速,克服宇宙的膨胀;其次宇宙必须有曲率,且是封闭的。但后面这一点我们是不知道的。在可观测宇宙的范围内,没有任何证据可以证明这一点。已知的证据都表明宇宙是平坦的,而在可观测宇宙之外是不是还是这样?不得而知。一直向前走,回到起点的可能性虽然存在,但概率很小。能不能成功,只能靠运气。

宇宙是个甜甜圈吗?

宇宙是个甜甜圈吗?ESO

参考:

Would A Long Journey Through The Universe Bring Us Back To Our Starting Point?https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/05/19/would-a-long-journey-through-the-universe-bring-us-back-to-our-starting-point/

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