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1對于宇宙的認知

說道宇宙，人們大抵會有這樣的觀念：“無窮無盡，無始無終?！笨v觀天文學(xué)甚至是人類科學(xué)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)，其中很大一部分精力都放在了這個命題的探討上，它也引發(fā)出了許多哲學(xué)上的難解命題。

我想出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因大抵有兩個，其一是源于本能中對于未知的好奇心驅(qū)使；其二是因為探究這樣的問題，或許能稍微緩解一下人類在浩淼宇宙面前所顯現(xiàn)的渺小和孤獨吧！

先說無始無終，這個論點在現(xiàn)代天體物理學(xué)的面前已經(jīng)不攻自破，因為「大爆炸理論」早已深入人心，根據(jù)這個理論，宇宙應(yīng)誕生于137億年前的一次被稱為大爆炸的事件，從那開始，有了時間，有了空間，有了能量，進而有了物質(zhì)，最后變成了我們所見的大千世界。大爆炸之前是什么？這個問題沒有意義，并不在現(xiàn)在科學(xué)所涉及的范疇。由此來看，宇宙應(yīng)該是有始的，那么終呢？不知道，這個問題的答案眾說紛紜，還有待探究。

再說無窮無盡。這似乎更是個沒法回答的偽命題，因為宇宙實在是太大了，大到物美無法想象的地步，就算它有大小，那也是沒辦法測量和觀測的。但是科學(xué)家總是會給出讓人意想不到的驚喜，從20世紀(jì)初我們發(fā)現(xiàn)了「紅移現(xiàn)象」，我們就基本確定了宇宙自從誕生伊始就一直在膨脹，而且它膨脹的速度還非常之快。這就給「宇宙空間有限大」這樣的觀點提供了間接的佐證，既然宇宙是由一個點膨脹而來，那么就算它再大，也應(yīng)該是有個界限的。

/圖.從大爆炸伊始到如今的宇宙/

反對的聲音認為，如果宇宙是有限大的，那么為什么我們還沒有探測到同一束光呢？因為如果有限大，那么我們是有可能多次探測到同一束光的，可觀測的結(jié)果并不盡然。你可能會說宇宙這么大，我們也許還沒有探測到而已，但是那些吹毛求疵的反對者可不這么想。

于是，宇宙有限大的支持者們改進了上述理論，他們認為宇宙實際上是一個球狀結(jié)構(gòu)（相對論告訴我們時空是可以彎曲的，所以球狀結(jié)構(gòu)的宇宙是完全可能存在的），這就好像生活在地球上的我們，無論怎么走，都不能碰到地球的邊界一樣。球狀宇宙的佐證還有很多，其中最經(jīng)典的一個就是：“從地球上觀測，似乎各個方向上宇宙的景象都大致相同?！睍粫骋粋€我們認為的遙遠星系，就是我們的銀河系本身呢？因為光已經(jīng)繞著宇宙走了一圈。

/圖.球狀宇宙的想象圖/

/圖.還有人認為，宇宙的結(jié)構(gòu)如甜甜圈/

2.宇宙的形狀，A4紙？

在「宇宙空間有限大」理論要坐實科學(xué)界的時候，科學(xué)家們又給我們帶來了意外驚喜。2013年，「重子振動分光鏡勘測，簡稱BOSS項目」發(fā)現(xiàn)，宇宙在相當(dāng)大的尺度上，幾乎是異常的平直！

這幾乎是一個顛覆性的觀測結(jié)果，因為如果該觀測結(jié)果屬實的話，那么人們對于宇宙的認知將被完全改寫。

如果宇宙是球狀或者是彎曲的，那么將不存在「平行線」這樣的說法，如果宇宙的曲率是正的，那么兩條所謂的平行線將越來越靠近，反之，若曲率為負，則平行線漸行漸遠。BOSS觀測小組的結(jié)果就是基于這樣一個事實，他們通過觀測遙遠星系之間的光發(fā)現(xiàn)，這些光并沒有發(fā)生偏折，也就是說，宇宙的曲率≈0，也就是平的！觀測小組的科學(xué)家還研究了「宇宙微波背景輻射」的分布圖，他們也驚奇的發(fā)現(xiàn)，以現(xiàn)在的觀測到的微波背景輻射來看，宇宙也幾乎是平的！

/圖.（左）經(jīng)典物理中的平滑空間，（右）相對論體系中的彎曲時空/

我們都知道，廣義相對論描繪了時空的彎曲，把宇宙當(dāng)成一整個空間，如果能夠估算出宇宙中現(xiàn)有的質(zhì)能總量，我們也可以根據(jù)相對論大致估算出宇宙的形狀。簡而言之，如果物質(zhì)所產(chǎn)生的引力大于某個臨界值，那么宇宙將是球狀結(jié)構(gòu)；如果小于該臨界值，那么宇宙為馬鞍形結(jié)構(gòu)；如果恰好等于該臨界值，則宇宙是平的。那么計算的結(jié)果呢？也許出乎你的意料，不多不少，兩者幾乎相等。也就是說，我們的宇宙是平的，或者說在很大尺度上我們的宇宙幾乎是平的！

/圖.該臨界值被成為臨界質(zhì)能密度，＞1,宇宙成球狀;＜1，成馬鞍狀; =1，平面結(jié)構(gòu)/

3.平的會怎樣？

如果宇宙是平的，那我們會得出怎樣的結(jié)論呢？結(jié)論就是宇宙將是一個「無限大，且不閉合的空間」！這是一個超出人類想象范圍的結(jié)論，因為無限，所以很多事情就有了本質(zhì)性的不同。

因為無限的東西即使乘以一個再小概率的事件，其結(jié)果也是無限大，或許你會覺得危言聳聽，但仔細想想確實能得出讓人不寒而栗的結(jié)論。

舉個簡單的例子，地球是現(xiàn)在人類發(fā)現(xiàn)的已知智慧生命的唯一星球，那么既然宇宙中存在智慧生命，那么就一定有一個“存在智慧生命”的概率，試想，如果宇宙真的無限大，那么無論這個概率再怎么小，乘以一個無限大的基數(shù)之后，得到的結(jié)論也是無限大。于是結(jié)論就變成了：“宇宙中有著無限多個智慧生命！”像這樣的腦洞你還可以開很多，這里就不一一例舉了。

依然有反對者聲觀測如此遙遠的光，哪怕一丁點誤差也會造成全然相反的結(jié)論，誠然，這樣的觀點我們無法反駁。但我想，隨著科學(xué)的進步，科學(xué)理論也會隨之完善，終有一天，宇宙會揭開它的神秘面紗吧！

4.Before the end

今天的故事就是這樣，在帖子的最后，小編也想跟大家分享一些自己的感悟。在整理相關(guān)資料的時候，我心里一直浮現(xiàn)出這樣一個詞：「范式」。這是由著名的美國科學(xué)哲學(xué)家「托馬斯·庫恩」提出的，它指的是一個共同體成員所共享的信仰、價值、技術(shù)等等的集合。換句話說，范式的意思就是現(xiàn)有的科學(xué)體系以及人們普遍的科學(xué)認知的總和。

比如物理學(xué)的上一個范式就是以牛頓為代表的「經(jīng)典物理學(xué)」，現(xiàn)在的科學(xué)范式是建立在相對論和量子力學(xué)等理論基礎(chǔ)上的，那么每一次大的范式轉(zhuǎn)移或者范式革命都會伴隨著大量技術(shù)的革新和歷史的進步。比如現(xiàn)代物理學(xué)取代經(jīng)典物理學(xué)的范式革命，就催生了以一系列如相對論，量子力學(xué)，弦理論等一批優(yōu)秀的理論。我們的生活也發(fā)生了天翻地覆的變化， 比如核能的應(yīng)用。

范式的轉(zhuǎn)移或者科技革命遵循一個叫做「庫恩環(huán)」的結(jié)構(gòu)，即先任由科學(xué)發(fā)展作為原始積累，該過程一定伴隨著很多科學(xué)模型的改變和完善，但有些時候，我們會發(fā)現(xiàn)原有科學(xué)模型的致命錯誤，這些錯誤往往是本質(zhì)性的，無法修補的。于是，原有的科學(xué)理論出現(xiàn)危機，人們開始尋求新的理論解釋，科學(xué)革命也隨之爆發(fā)。一旦新的理論被發(fā)現(xiàn)或被確立，新的范式便會隨之形成，進而又進入下一個庫恩環(huán)的輪回。

/圖. 庫恩環(huán)/

對于之前的范式，我們甚至?xí)J為是愚昧不堪的。其中一個經(jīng)典的例子就是發(fā)生于14世紀(jì)的歐洲黑死病，在當(dāng)時的科技之都——巴黎，幾乎所有的學(xué)者都在研究黑死病的病因，他們通過對大量文獻的考證以及對病人的觀察，最后得出的結(jié)論如下：黑死病是由熱那亞人所攜帶的一種瘟疫，他們之所以會攜帶此瘟疫是因為天空中的特殊天象——幾大行星連成了一線。

你不要笑，這時候距離顯微鏡的發(fā)明還有300年，當(dāng)時的科學(xué)范式還依舊是亞里士多德那個時代所留下的，所以當(dāng)時巴黎的學(xué)者得出這樣的結(jié)論并不奇怪。

/圖. 黑死病襲擊熱那亞時候的情景/

講這些是因為我覺得我們很可能處于下一個范式革命的開端，相對論已經(jīng)問世了一個世紀(jì)，在這個世紀(jì)中，有太多優(yōu)秀的理論和思想正在萌發(fā)，相信這些理論的積累必然會有質(zhì)變的那一天。就像當(dāng)初的相對論一樣，它的問世一樣遭受了經(jīng)典物理學(xué)家們的白眼和不屑，但一旦這樣的革命開始，其變化的速度便會超出想象，我們的生活也會隨之變革。就好像今天提到的這個理論，說不定，它就是下一個范式革命中的重要一環(huán)。

也許，在多年之后，再回首本世紀(jì)之初的幾年，我們也會嘲笑自己當(dāng)初的愚蠢和無知吧！