北京時(shí)間 7 月 29 日消息，宇宙空間究竟是什么模樣？近年來，科學(xué)家探索了許多解釋宇宙的方法，產(chǎn)生了一些聽起來非常瘋狂的想法：從一個(gè)涉及宇宙漂浮在更高維度空間的膜宇宙場景，到描述宇宙膜彼此碰撞形成一個(gè)全新宇宙的構(gòu)想。
1、膜宇宙
我們認(rèn)為宇宙具有三維結(jié)構(gòu) —— 可以沿著三個(gè)垂直的方向移動，然而，一些理論提出宇宙還存在另一個(gè)垂直方向的空間維度，這是我們無法直接感知的空間維度。這個(gè)更高維度的空間被稱為“體（bulk）”，而我們的宇宙是一個(gè)三維膜，漂浮在“體”內(nèi)部。
雖然膜宇宙概念聽起來很復(fù)雜，但該理論解決了幾個(gè)物理學(xué)問題，例如：美國哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家麗莎?蘭德爾和馬里蘭大學(xué)科學(xué)家拉曼?桑卓姆提出了一種膜宇宙的版本，通過提出與我們的膜宇宙平行的其他膜的存在，從而解釋亞原子力的不對稱性。但是僅用一個(gè)理論來解釋我們已經(jīng)知道的事實(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它必須做出新的預(yù)測，該預(yù)測可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在蘭德爾-桑卓姆的模型實(shí)例中，這樣的測試可能包括測量兩個(gè)膜的黑洞釋放的引力波。
2、大碰撞
科學(xué)家預(yù)測稱，在遙遠(yuǎn)的未來，星系最終會漂移至很遙遠(yuǎn)的區(qū)域，以至于某個(gè)星系發(fā)出的光永遠(yuǎn)無法到達(dá)另一個(gè)星系。事實(shí)上，隨著恒星逐漸衰老走向死亡，將會在一段時(shí)間里沒有光或熱。此時(shí)，宇宙將變得黑暗、寒冷、空洞虛無。這聽起來像是萬物終結(jié)，但依據(jù)一種理論，這實(shí)際上是下一個(gè)宇宙的開始，處于一個(gè)不斷重復(fù)的循環(huán)中。
大碰撞理論是基于膜宇宙的一種理論觀點(diǎn)，認(rèn)為我們的宇宙是無數(shù)個(gè)宇宙之一，大碰撞是指當(dāng)一個(gè)冷而空的膜與另一個(gè)膜碰撞時(shí)發(fā)生的情景，只要有充足的時(shí)間，該情況就一定會發(fā)生。宇宙學(xué)家尼爾?圖洛克和保羅?斯坦哈特認(rèn)為，這樣的碰撞將產(chǎn)生足夠的能量來創(chuàng)造一個(gè)全新的宇宙，他們稱之為“火宇宙理論”，但物理學(xué)家加來道雄（Michio Kaku）將其稱為“大爆炸”。
3、充滿等離子體的宇宙
大爆炸仍是許多科學(xué)家偏愛的宇宙理論，它由兩個(gè)關(guān)鍵的觀測結(jié)果支持 —— 宇宙膨脹和宇宙微波背景輻射（CMB），大爆炸后不久，宇宙體積較小且處于高溫狀態(tài)，充滿著類似太陽釋放的熾熱等離子體。
然而我們?nèi)阅苡^測到宇宙初期超高溫階段的殘留跡象，當(dāng)時(shí)放射性物質(zhì)海洋充斥著整個(gè)空間，在宇宙誕生之后的幾十億年里，宇宙膨脹過程已從高溫狀態(tài)降低至零下 270 攝氏度，但科學(xué)家通過射電望遠(yuǎn)鏡仍能觀測到宇宙誕生之初充斥的“等離子體海洋”。
宇宙微波背景輻射在每個(gè)方向上看起來都是一樣的，如果宇宙總是以當(dāng)前的速度膨脹，就無法解釋了。許多科學(xué)家認(rèn)為，大爆炸后幾分之一秒經(jīng)歷了一個(gè)極其快速短暫的“膨脹時(shí)期”，突然的膨脹可從亞原子規(guī)模增長至數(shù)光年等級。
4、全息宇宙
人們可以聯(lián)想一下安全全息圖像，這基本上是一個(gè)二維對象編碼在一個(gè)完整的三維圖像中，依據(jù)該理論，整個(gè)三維宇宙可能在其二維邊界上被“編碼”。這聽起來可能不像生活在模擬空間中令人興奮，但它有一個(gè)優(yōu)勢，那就是它是一個(gè)科學(xué)可驗(yàn)證的理論，2017 年，英國南安普頓大學(xué)研究表明，它與觀測到的宇宙微波背景輻射波動模式是一致的。
5、恒態(tài)宇宙
美國宇航局稱，大爆炸是我們對宇宙起源的最佳預(yù)測，遠(yuǎn)古時(shí)期宇宙密度較大，未來密度會變小。但并非所有科學(xué)家都認(rèn)可該觀點(diǎn)，部分科學(xué)家認(rèn)為宇宙密度保持不變，即使在宇宙膨脹階段，他們的理論觀點(diǎn)是宇宙每 100 萬年/每立方米空間大約產(chǎn)生 3 個(gè)氫原子，這意味著宇宙不斷產(chǎn)生新物質(zhì)，不斷湮滅其他物質(zhì)，始終處于平衡狀態(tài)。但是隨著宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，該理論模擬被認(rèn)為并不合理，無法解釋諸多宇宙現(xiàn)象。
6、多元宇宙
在宇宙大爆炸的傳統(tǒng)觀點(diǎn)中，為了解釋宇宙微波背景輻射的均勻性，有必要假定早期存在一種超高速膨脹，即所謂的“暴脹”。一些科學(xué)認(rèn)為，當(dāng)宇宙脫離這個(gè)膨脹階段時(shí)，它僅是膨脹空間“汪洋中的一個(gè)小氣泡”。保羅?斯坦哈特提出的“永恒膨脹”理論中，其他泡沫宇宙不斷地在膨脹汪洋的其他區(qū)域出現(xiàn)，構(gòu)成了一個(gè)“多元宇宙”。
這個(gè)理論變得更加奇怪，因?yàn)槠渌钪鏇]有理由遵循相同的物理定律，有些宇宙可能擁有更強(qiáng)的引力，或者不同的光速。雖然我們當(dāng)前無法直接觀察其他宇宙，但其中一個(gè)可能會與我們的宇宙發(fā)生碰撞，科學(xué)家甚至認(rèn)為宇宙微波背景輻射中的“冷點(diǎn)”就是宇宙碰撞的印記。
7、我們的引力理論可能是錯(cuò)誤的
宇宙理論依賴于對引力的準(zhǔn)確理解，引力是物理學(xué)中唯一能在非常大尺度上影響物質(zhì)的作用力，但引力本身并不能解釋某些天文觀測結(jié)果，如果我們測量某星系外圍恒星的速度，它們移動得太快了，如果唯一阻礙它們的是可見星系中的引力，那么它們就無法運(yùn)行在軌道上。同樣，星團(tuán)似乎是由一種比可見物質(zhì)引力更強(qiáng)的力量聚集在一起。
目前科學(xué)家提出兩種可能性解決方案，最受大多數(shù)科學(xué)家青睞的標(biāo)準(zhǔn)說法是，宇宙中包含無形的暗物質(zhì)，而暗物質(zhì)提供了缺失的引力；另一個(gè)另類觀點(diǎn)是，我們當(dāng)前的引力理論是錯(cuò)誤的，應(yīng)該被一種叫做“修正牛頓動力學(xué)（MOND）”的理論取代，這是科學(xué)家在 2002 年發(fā)表的《天文學(xué)和天體物理學(xué)年度評論》雜志上提出的。兩種可能性解釋 —— 修正牛頓動力學(xué)理論和暗物質(zhì)，同樣符合觀測結(jié)果，但仍需更多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證實(shí)。
8、超流體時(shí)空
超流體時(shí)空將時(shí)空想象成一種零粘性的超流體，這種流體具有一種奇怪的特性，當(dāng)超流體被攪拌時(shí)，它們不能像普通液體那樣整體旋轉(zhuǎn)，而是分裂成微小渦旋。在超流體時(shí)空中，渦旋可能是系形成的種子。
9、模擬宇宙理論
迄今為止，所有關(guān)于宇宙的理論大多數(shù)來自科學(xué)家的觀測數(shù)據(jù)，但有一種宇宙理論來自哲學(xué)家的觀點(diǎn)。如果所有關(guān)于宇宙的信息都是通過感官和科學(xué)儀器進(jìn)入人類大腦，誰又能說這些信息不都是一種巧妙設(shè)計(jì)的錯(cuò)覺呢？或許整個(gè)宇宙僅是一個(gè)超級復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，科幻電影《黑客帝國》中就存在著類似的概念模擬系統(tǒng)，盡管模擬宇宙理論聽起來很古怪，一些哲學(xué)家還是進(jìn)行了認(rèn)真全面的分析。然而，目前模擬宇宙理論仍未通過科學(xué)理論的檢驗(yàn)，這是因?yàn)樗鼰o法被證明是真的或者是假的。
10、宇宙自我中心論
物理定律涉及到一些基本常數(shù)，這些常數(shù)決定了引力、電磁力和亞原子力的強(qiáng)度。據(jù)我們所知，這些數(shù)據(jù)具有一定的價(jià)值，但如果它們與實(shí)際數(shù)值稍有偏差，宇宙將會成為一個(gè)完全不同的區(qū)域。對我們來說最重要的是，我們所知道的生活事物，包括我們自己，都可能因某些宇宙常數(shù)差異而不存在。尼克?博斯特羅姆在撰寫的《人擇偏見》一書中提出以自我為中心的人類理論，一些人認(rèn)為這是宇宙是為了類人生命的進(jìn)化而“有意識”地設(shè)計(jì)的理論證據(jù)。
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