无限平行宇宙在大爆炸和大坍缩之间做无限循环,这叫宇宙循环守恒定律。这是下一个假设,请纠正。
美国数学家杰弗里·威尔克斯(Jeffrey Wilkes)用他最新的宇宙模型震惊了科学界:一个有限大小的镜子迷宫,足球的形状;宇宙之所以会制造出无边无界的“假象”,是因为这个有限的空间通过“回头”效应无止境地反射着自己。
宇宙是有限的还是无限的?一个争论不休的老问题。今天,根据天文观测数据和理论分析,大多数天文学家认为宇宙是无限的。
日前,美国数学家Jeffrey Wilkes根据美国国家航空航天局2001发射的WMAP宇宙微波背景辐射探测器获得的数据得出结论:宇宙其实是有限的,相对来说,其实并不大,只有70亿光年左右宽,形状是由五边形组成的12多面体,就像足球一样。之所以让人觉得宇宙是无限的,是因为宇宙就像一个镜面迷宫,光一遍又一遍的穿过,让人产生宇宙无限拉伸的错觉。
宇宙不够大,掀不起大浪?
WMAP探测器用于探测BIGBANG中“火”留下的热量痕迹——弥漫整个宇宙的微波背景辐射。这种“余热”的温度很低,大约在绝对零度以上3度。宇宙微波背景辐射虽然渗透到整个宇宙,但并不是处处完全均匀,而是有一些波动,就像大海总是起伏不定,形成一圈圈微波背景辐射“涟漪”。检测这些“涟漪”的大小和强度,可以推断宇宙的早期情况,以及今天的宇宙有多大。
如果宇宙是无限的,就会出现各种大小的宇宙微波背景辐射的“涟漪”。但WMAP观测到了一个小尺度的微波背景辐射“波纹”,这与无限宇宙理论几乎一致,而大尺度的“波纹”却没有观测到。在大尺度上,微波背景辐射的“涟漪”似乎被“抚平”了。这意味着宇宙可能是有限的。原因就像在浴缸里掀起巨浪一样,在有限的宇宙中不会有无穷无尽的“涟漪”。
威尔克斯的比喻是:“正如钟的振动并不大于钟本身一样,宇宙中的任何波动也并不大于宇宙本身。”
大胆的推断来自惊人的巧合
威尔克斯和他的合作者认为,根据WMAP获得的观测数据,宇宙不仅是有限的,而且相对较小,直径只有70亿光年,并且具有可以将自身反射回来的奇怪属性。虽然宇宙是有限的,但它没有任何性质的边界。如果飞船像光一样直行,最终会回到起点,就像绕着地球航行一样,没有点标志着你“回到”了哪里。
由于这种奇怪的效应,一个星系发出的光会沿着两条不同的路径到达地球。在地球上的观测者眼中,同一个星系会出现在天空中两个不同的地方,但会被误认为是两个不同年龄的不同星系。这就像一个镜子迷宫,里面的一切都有许多镜像。
但是,要确认两个不同地方的星系图像实际上是同一个星系,就比较困难了。威尔克斯说,“这就像在几十亿拥挤的人群中认出两个从正面看上去50岁、从头顶看上去7岁的人是同一个人。”
威尔克斯用12个相同的五边形来描述这样一个宇宙,它就像一个足球。他认为这是对WMAP观测数据最好的解释。通过计算机模拟,这个模型可以在没有任何附加条件的情况下,产生与WMAP观测到的宇宙微波背景辐射“波纹”相同的图样。威尔克斯说:“与WMAP获得的信息惊人地一致。我简直不敢相信,结果比我想象的还要好。”
威尔克斯认为,由于宇宙的“转身”效应,我们观察到的宇宙实际上是一种错觉。这个12多面体无止境地反映着自己。如果你从五边形中的一个出去,你会从另一边回到同一个地方,一次又一次地观察同一片天空和同一个星系。
在可能的空间里寻找证据
威尔克斯的这种有限宇宙观当然只是理论上的假设,如果被证实,一定会震惊全世界。威尔克斯说:“如果我们确认宇宙是有限的,这将是朝着更好地了解自然界迈出的极其巨大的一步。”普林斯顿大学天体物理学家大卫·佩尔盖?“如果我们能够证明宇宙是有限的,相对较小,这对人们来说将是一个打击,它将真正改变我们对宇宙的看法。”
然而,大多数物理学家仍然认为,虽然有限宇宙可能是真的,但可能性不大。美国蒙大拿大学天体物理学家尼尔·康尼什(Neil cornish)说:“小的宇宙思想有一个小的空间,但这个空间并不大。”
尼尔·康尼什和大卫·斯派尔·盖伊也组成了一个团队来研究有限宇宙学中的问题。他们引用了一个更早的理论分析,称如果宇宙可以产生像镜面迷宫一样的“转折”效应,那么在宇宙微波背景辐射中也应该会发现同样的车轮状“波纹”图案。威尔克斯的有限宇宙学还预言,应该观测到6对具有特殊图案的相同的轮状“涟漪”,但康尼什和斯派尔·盖伊的团队在WMAP观测数据中没有发现这样的“涟漪”。现在,他们正在和威尔克斯一起重新检查相关材料,看是否忽略了“涟漪”或者是不可能找到的。
是否“限量”过几个月就知道了。
还有另一种方法来检验威尔克斯的有限宇宙模型。模型预测宇宙中物质的密度——其值决定了宇宙的曲率——等于1.013。如果宇宙中的物质密度等于1,那么就会导致一个完全扁平的宇宙,光会一直往前走。大于或小于1意味着宇宙是弯曲的。目前,宇宙
微波背景辐射的观测表明,其值在1.00到1.04之间。WMAP探测器和其他观测工具将在未来几个月给出更精确的观测值,从而验证有限宇宙学是符合还是偏离观测事实。
与此同时,cornish和speyer Gay的研究团队仍在寻找同样的“波纹”,试图以此来研究宇宙是否可能不同于12多面体,尽管有限。
英国剑桥大学宇宙学家Jana Levin评论道:“12多面体是一个很好的解决方案。但令人惊讶的是,宇宙选择了如此完美的形式。而且,我怀疑宇宙是否真的那么小。”
目前,cornish和speyer Gay正在使用超级计算机分析WMAP观测数据,有限宇宙超过一半的所有可能形状都已被排除。康尼什说,他怀疑自己的工作会无疾而终,也就是说,从反面论证宇宙不是有限的,而是无限的。