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如果說宇宙是有邊界的,那麼它的外面是什麼呢?

假如說宇宙沒有邊界,那麼宇宙中就應該有無限多的恆星,不論你朝天空哪個方向望去,都應該能看到無限多的恆星。雖然每一顆恆星的光很暗弱,但無限的恆星的光芒合起來就會無限地亮。如果真是這樣的話,地球上就不應該有黑夜,背朝太陽那一邊也應該很亮。

宇宙是什麼?

如果說宇宙是有邊界的,那麼它的外面是什麼呢?其實,這樣提問題本身就是荒唐的。

如果你問宇宙外邊是什麼,就等於你已經承認宇宙有邊界,否則怎麼會有外面呢?儘管這個問題難以回答,但因為它是物理學研究領域中的一個極其重要的宇宙學問題,所以歷代科學家都在積極地加以探索,力爭對此做出合理的解釋來。

在伽利略和牛頓之前,許多人信奉亞裡士多德的觀點

,認為宇宙是一個有限的結構,宇宙的最外層是由恆星天體構成的,因此恆星天體就是宇宙的邊界,在它之外,就沒有太空了。可以說,哥白尼的「太陽中心說」就是建立在這種假說的基礎上的。

在牛頓生活的時代,科學家們開始接受無限無邊的觀點,即認為宇宙的體積是無限的,也沒有太空邊界。

宇宙太空是一個三維無限的歐幾裡德多向太空,即在上、下、左、右、前、後這6個方向上,都可以一直走下去,以至延伸到無窮遠。

這種宇宙無限的觀點在打破中世紀宗教神學的精神枷鎖的鬥爭中,起過非常積極的作用,但它跟亞裡士多德的學說一樣,都是沒有被證明的科學假說。

在牛頓的力學中,每當探討一個有限的力學體系的運動時,總要假定可以選取的一個參考系,使引力勢(相當於電學中的中勢)在無限遠處成為常數。

如果承認牛頓的無限宇宙影像,認為物質均勻地分布在整個無限太空之中,那麼,根據牛頓力學又會得到無限遠處引力勢必不可能為常數的結論,這就是一個矛盾。

如果要證明無限遠處引力勢必為常數,就要放棄物質均勻分布在整個無限太空內的假設,並認為物質主要集中在我們周圍的有限太空,那麼無限遠處雖然是常數,但物質的宇宙卻仍然是有限的。因此,牛頓力學在原則上不能用於描述無限宇宙這一物理體系。

進入20世紀後,愛因斯坦提出了「廣義相對論」的理論,他認為不應先驗地假定宇宙太空必定是三維無限的歐幾裡德太空,因為宇宙的太空結構並不是與宇宙間的物質運動無關的。

愛因斯坦提出了第一個宇宙模型,它既不是亞裡士多德的有限有邊體系,也不是牛頓的無限無邊的體系,而是一個有限無邊的體系。

所謂有限是指太空體積有限;所謂無邊,指的是這個三維太空並不是一個更大的三維太空中的一部分,它已經包括了全部太空。實際上,有限無邊的概念並不是在愛因斯坦的宇宙模型中才第一次提到。在他之前,亞裡士多德就認為大地並不是平坦無邊的,而是一個球形的。實質上,這就是用有限無邊的球面結構代替了無限無邊的平面結構。

我們可以這樣來解釋愛因斯坦提出的這個有限無邊的世界:假如有一隻小螞蟻在一隻大球上爬行,這個球本身是有限的,但球面根本沒有邊界,對於螞蟻來說又是無限的。我們人類和這隻螞蟻一樣,就生活在這樣一個有限而無邊的宇宙中。

在愛因斯坦之後,天文學家又提出了新的宇宙模型學說。這種學說認為,宇宙的太空尺度一直在隨著時間而不斷增大,也就是說,宇宙正在不斷膨脹。

宇宙自從誕生到現在,時時刻刻都在膨脹,一直沒有停止過。我們已經知道,類星體是離我們最遠的星星,最遠的類星體大約離開我們有100億光年。這個範圍大致上也就是目前我們觀測到的宇宙的大小。這麼大的宇宙中總共有多少個物質呢?有人做過一計算,如果把所有的物質都做成太陽,那麼整個宇宙內就可以有1000兆億個「太陽」,也就是在1後面跟23個零。既然宇宙處在不斷膨脹的運動中,那麼它的邊界每時每刻都應該有具體的位置。從這個意義上說,宇宙應該是有限的。然而,宇宙的邊界又在不斷地向外擴展,科學家們還無法推算出它最終將膨脹到什麼程度,會不會永遠膨脹下去。從這個意義上講,宇宙又是無限的。說到這裡,我們不能不這樣認為,宇宙中存在著千千萬萬個謎,而宇宙本身就是一個最大的謎。

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