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令人震撼的宇宙尺度 时空观范围内宇宙到底又多大

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发表于 2016-3-25 14:35:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
面对神秘莫测的宇宙,好奇的人类总是带着疑问审视着:宇宙到底有多大,为何在中国的古典名著《西游记》中神通广大的孙悟空竟没能逃出如来佛的掌心,难道那宇宙就是如来佛的手掌--无边无际?宇宙究竟是有限还是无限?

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也许,没有绝对的无限,只有绝对的有限,正如“一花一世界,一沙一天堂” 。这花上的世界是否也预示着众多生命的存在?宇宙生命起源于何时?是如何产生的?这一系列问题让人类倾注了前所未有的关注与热情,就在这热情中持续着对生命,以及对宇宙最终归宿的探求……




宇宙是有限的还是无限的



   宇宙到底有多大呢?宇宙的大小至今还是个未知数。随着现代科学技术的进步,人类已经可以观测到距地球150亿至 200 亿光年外的天体,但那里仍然远不是宇宙的尽头。
    中国古代有“天地四方曰宇,往古来今曰宙”的说法,而宇宙就是时间和空间的结合体。天地无极,时间无始无终,这是通常我们对宇宙的认识。然而,宇宙实在是太神秘、太莫测了。茫茫大千世界,人类在它面前只不过是沙滩上的一个小孩子罢了,人类的智慧太有限了。然而,越是持久和深沉地思考着,就越有新奇和强烈的赞叹及敬畏,我们头顶的星空宇宙正因为有这无尽的神秘而成为了人类持久思索的神奇对象,倍受人们关注。千万年来,人类从来没有停止过对宇宙的追问。而在诸多关于宇宙的一系列问题中,宇宙的有限无限问题是最重要的,也是最难解决的。“宇宙是有限的,还是无限的?一个白痴才指望有一个答案。”海涅的这句话道出了“宇宙是有限还是无限”问题解决之不易。

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    宇宙有限无限的问题,在中国最早出现在春秋战国时期,在《墨经》中有体现:“穷,或不容尺,有穷。莫不容尺,无穷也”、“久,有穷无穷”(《墨子•经说上》)。同时,书中还道出了宇和宙的关系,“长宇,徙而有(又)处,宇南宇北,有旦有(又)在莫:宇徙久。”到了庄子时,庄子在其著作《庄子•庚桑楚》中明确提出了宇宙具有无限性:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”

    到了汉代,随着自然科学的发展,宇宙概念也得到丰富并逐渐发生分化。天文学家张衡从科学的角度指明了时空的无限性,“八极之维,径二亿三万二千三百里,南北则短千里,东西则广增千里。自地至天,半八极。过此而往者,未知或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,宙之端无穷。”在张衡看来,宇宙有知(定量)与未知之分。这种观点可以被认为是观测宇宙与一般宇宙概念的萌芽。而比张衡稍早些时候的扬雄则主张“阖天谓之宇,辟宇谓之宙”,即时间是有起点的,空间可以“阖”起来,也许他想表明的是宇是有限的。

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在西方,古希腊的阿拉克西曼德(约公元前610年 -公元前546年)从万物的本原出发,认为宇宙是无限的。阿拉克西曼德的无限宇宙论,明确指出了宇宙物质具有永恒的运动,却没有明确指出宇宙空间尺度是无限大的,与此同时,他还认为有无数个天和世界。

    那么,宇宙到底是有限的还是无限的呢?这是个问题。它可以是一个科学问题,也可以是一个哲学问题,关键在对宇宙概念和有限无限概念的不同理解。


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    有的人认为,对于整个物质能量世界来说,宇宙是无限的;而对于我们生活所在的宇宙来说,宇宙又是有限的。说我们生活着的宇宙是有限的,是因为这个宇宙还在膨胀,而人类,包括宇宙中所有的生命,都被一种无法摆脱的力量控制着,从生到死,这证明宇宙的生命是生活在一个过程中,这是个既有起源,又有终结的过程。因此,宇宙中的一切都是在历经一个从诞生到毁灭的过程。这个过程是实实在在存在的,因此,人类所生存的宇宙是有限的。而人类生存的宇宙之外的物质及能量世界是一个不灭的世界,是原本就存在于整个无限的空间区域里的。时间与空间在这里都不能连续地存在,仅仅只是界定的物质能量世界发展的产物。因此,从这点上说,宇宙之外的物质能量世界是无限的。

    因此,有时空存在的宇宙,必然是有生命的宇宙,它只是整个无限的物质能量世界中,一个较为特殊的状态,也就是一个界定的物质能量体耗散的状态。现代宇宙学很显然还不成熟,针对宇宙有限无限问题,

    它并未给出最终的答案。但它力图把这个问题限定在科学方法的范围内,用物理理论与天文观测相对照的方法来处理。包括空间弯曲和空间膨胀在内的现代宇宙观念,就已替代了近代的无限绝对空间概念。

    从“宇宙正在膨胀”这一论断中,我们还可以挖掘其中隐含的一个前提假设,那就是--宇宙是有限的。人们的思维习惯早已将宇宙定格为一个有限大的体积,如一个球体,因此,它有“内部”和“外部”之分。但是作为整体的宇宙是不能纳入这一经验的。

    我们知道宇宙的膨胀不是三维空间的变化,而是在四维空间中进行的。通常,一个圆周线是有固定长度的,因此,它是一维的。假设有一种动物生活在一维的圆周线上,动物的运动可以使其回到出发点,但是它并不会发现这个一维世界的尽头,一维世界的“外面”对这种动物来说是永远也发现不了的。假设有一种动物,只能生活在地球的表面,不会脱离球面。那么,在这个二维空间中,动物向任意方向上奔跑,即使它可以回到出发点,也永远发现不了世界的尽头。这个二维世界也是有限的。


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回到人类生存的三维世界中,若设想宇宙是有限的,那么它应该有固定的体积,人类仍找不到它的尽头在哪里。当宇宙是有限时,从地球出发的一只太空探险队向一个方向飞行,给他们足够的时间,他们将会最终回到地球,这时,他们却出现在出发时的反方向上,就像在圆周线和球面上运动的动物一样。因此,在三维空间里,也无法找到宇宙的边界,只能说宇宙无边无界。

    关于宇宙有限无界目前比较公认的是爱因斯坦的超圆体理论,他认为宇宙是有限无界的,其直径约150亿光年,但没有边界。换句话说,就是当你向一个方向走,最终会回到原点。而宇宙是被四维空间堆叠成的超圆体,是一个具有有限空间体积的自身闭合的连续区。霍金认为宇宙起源于大爆炸,并且不断地向外延伸,正是星体的衰竭产生的能量才为宇宙的扩展提供了动力。
    根据美国国家航空航天局获得的资料,美国数学家杰弗里•威克斯提出了最新宇宙模型:一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫;宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”,是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。这个理论令科学界大为震惊。

    威克斯推断,宇宙其实是有限的,且大约只有70亿光年宽度,形状为五边形组成的 12 面体,犹如足球。这个“足球”就像一个镜子迷宫,光线传来传去,所以人们会产生错觉,误以为宇宙是无限的,能无限伸展。

    如果宇宙是无限的,那么就会有各种大小的宇宙微波背景辐射。而美国国家航空航天局发射的WMAP宇宙微波背景辐射探测器观察到了较小规模的微波背景辐射,这和无限宇宙理论推测的几乎一致。在大尺度上,微波背景辐射几乎可以忽略不计了。这就意味着:宇宙可能是有限的。
    威克斯认为,由于宇宙存在“返转”效应,我们观察到的宇宙其实是一种幻觉,这个12面体在无休无止地重复映现它自身,如果从其中一个五边形中走出去,将从其另一面重新回到同一个地方,并且还能再观察到同样的天空、同样的星系。

    除了众多科学家针对宇宙有限还是无限的问题在科学上的论证外,德国著名哲学家康德还从哲学层面上分析了宇宙有限还是无限这一问题。他首次提出,宇宙在时间和空间上有限(正题)与宇宙在时间和空间上无限(反题)这两个命题都可以成立,都可以得到证明,因此,在宇宙的有限无限问题上实际存在着一个矛盾,是一个二律悖反。



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说到底,因为宇宙的整体没有外来限制,所以它是无限的,不受形态、时间的限制,能成为永恒;而宇宙整体又是宇宙部分的集合体,宇宙整体和部分之间存在着相对关系,因此宇宙整体与部分相互限制,整体永远大于部分;而宇宙中的任何部分都是有限的存在,有限的存在使之产生了有限的运动,有限的运动又使物质现象成为从一种存在方式变化为另一种存在方式的过程。
    无限的宇宙则是一个很难理解的概念,中国道家创始人老子在阐述他那玄之又玄的道时曾说:“道可道,非常道。名可名,非常名。”在他心目中,无限的、神秘的道,是不能用语言描绘出来的,能说出来的道就不是真正的道。当我们惯常的思维认为宇宙是有限时,那么就无法理解无限了。

    何为有限?何为无限?有限和无限究竟是如何区分的?有限和无限不是那么容易分得清楚的。西谚有云:“一花一世界,一沙一天堂”,有限和无限在一个瞬间便可以得到转化和超脱。因此,没有绝对的无限,在人类小小的智慧面前,只有绝对的有限。





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