無限的宇宙

胡曼婷　琳達

當你凝視夜空時，會想到什么？你看到所有這些閃爍的星星時，可能已經知道其中很多是恒星和行星。但這是整個宇宙嗎？不！宇宙要大得多。

伽利略·伽利萊在1610年發現了隱藏在銀河系中的“無數恒星團”。大約三個世紀后，天文學家用更先進的望遠鏡發現，銀河系只是“宇宙中眾多星系”之一時，宇宙的邊界再次向外“延伸”。不久，研究者發現，宇宙在膨脹，星系之間的距離越來越遠。

現在，越來越大的望遠鏡已經告訴我們，可觀察到的宇宙直徑達到難以想象的920億光年，其中可能包含2萬億個星系。然而，天文學家仍然不知道，在已知的宇宙之外，到底還有多少未知的宇宙。

加利福尼亞大學歐文分校的弗吉尼亞·特林布爾說：“宇宙總是比我們看到的要大。”

“望遠鏡只能看到可觀測到的那部分。我們看不到宇宙誕生前的過往，”獲得諾貝爾獎的宇宙學家、詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的首席科學家、美國宇航局戈達德太空飛行中心的約翰·馬瑟說道。

“所以，我們的視線完全受到了限制。我們已經竭盡所能看到能看見的一切了。”在宇宙邊緣，我們看到了大爆炸留下的光輝——所謂的宇宙微波背景輻射（CMB）。但這不是宇宙的魔幻邊緣。我們的宇宙仍在不斷前進。我們可能永遠不知道它的邊緣在哪里。

在最近的幾十年中，宇宙學家試圖通過首先確定宇宙的形狀來解決這個難題，就像古希臘數學家埃拉托色使用簡單的三角函數來計算地球的大小那樣。從理論上講，我們的宇宙可以具有三種形狀，到底是哪種形狀取決于空間本身的曲率：鞍形（負曲率），球形（正曲率）或平坦（無曲率）。

鞍形宇宙的支持者比較少，球形宇宙對我們這些地球人似乎更加容易理解。地球是網形的，太陽和其他行星也是網形的。球形宇宙意味著，你可以在宇宙中向任何一個方向前進，最終仍可以回到起點，就像費迪南德·麥哲倫及其工作人員環游地球一樣。愛因斯坦稱這種模型為“有限而無界的宇宙”。

但是從1980年代后期開始，為研究CMB而建造的一系列軌道觀測站進行了越來越精確的測量，測量數據顯示，宇宙根本沒有曲率。至少，它在天文學家可以測量的有限范圍內是平坦的——如果它是一個球體，那么它是一個巨大的球體，以至于我們觀察到的整個宇宙都不足以顯示出任何曲率。

馬瑟說：“宇宙是平坦的，就像一張無邊無際的紙一樣。據此，你可以在任何方向無限遠地繼續前進，而宇宙幾乎不會有多少變化。你永遠不會走到這個扁平的宇宙的邊緣，你只會發現越來越多的星系。”

大多數天文學家對此觀點沒有異議。因此，扁平宇宙論是現代宇宙學的核心。

但問題在于，與球形宇宙不同，一個扁平的宇宙既可以是無限的，也可以是有限的。而且沒有真正的方法可以分辨出兩者之間的區別。

因此，天文學家寄希望于理論，即一種可以提供間接證明的模型。例如，物理學的標準模型預測了許多粒子的存在，例如著名的希格斯玻色子。即便尚未真正被發現，物理學家仍認為這些粒子真實存在。

特林布爾說：“如果你對到目前為止所觀察到的一切都有很好的描述，并且這個描述也可以做一些準確的預測，那么你就會傾向于相信事實就是如此。這就是大多數科學家眼中的科學。”