“宇宙”之外是什麼？五个不同的理论

宇宙的開機瞬間 大約在137.5億年前 宇宙像被按下啟動鍵一樣誕生 從此才一路長成我們今天所認識的樣子 沒過多久 那批最早的原始之光就像晨曦一樣 穿透宇宙的迷霧 往四面八方擴散 把早期宇宙逐步照亮 同一時間 宇宙不只是有東西在裡面 而是空間本身在變大 像氣球被慢慢吹起來一樣在膨脹 但最初那一波猛烈擴張之後 宇宙的膨脹並沒有一直狂飆 而是很快進入降速階段 速度開始放慢 不過從那之後 暗能量 像一隻看不見的手 在推 影響力逐漸變強 讓宇宙的膨脹又重新穩穩地加速起來 換句話說 宇宙從出生那一刻起 就一直在變大 而且越往後 越像踩油門 整體擴張的節奏呈現出越來越快的趨勢 人類的終極追問 好幾百年來 物理學家和數學家就像在解一個超大型謎題 拼命研究宇宙的本質 只為把那些藏在宇宙深處的規律一條條挖出來 但也有人不滿足於只研究宇宙裡面 他們乾脆再往前一步 開始挑戰未知 宇宙邊界之外究竟還有什麼 問題來了在我們這個宇宙之外 會不會真的還另有世界 存在某種我們尚未看見的東西 也就是所謂的其他宇宙 那些我們現在只能靠推理與想像去猜測 卻還無法直接證實的世界 聽起來很瘋狂 但從一些線索來看 很可能真的就是如此 至少並非完全沒有根據 接下來我們就整理出五種宇宙之外 可能是什麼的 主要想法 並把支持他們的觀測線索一併講清楚 可觀測宇宙與哈勃體積 先說哈勃體積這類概念 談宇宙之外其實非常棘手 因為第一步就卡住 你得先更精準的定義 你口中的宇宙 到底指哪一種宇宙 所以大家更常用也更切中要害的說法是 可觀測宇宙 而這個概念的核心關鍵 就是光速 因為我們能看到的 永遠是天體把光發出來或反射出來 然後那束光走了很久 才抵達我們眼前 所以超過光在宇宙年齡內能跑到的最遠距離之外的東西 我們註定看不到 宇宙學家估算 我們目前能接收到的最古老光子 從大爆炸一路走到現在 大約已經跨越了450億到470億光年的有效距離 也就是說 可觀測宇宙的直徑大概在930億光年左右 而且在這個尺度上 估算誤差已經能壓到相對很小的範圍內 這個大約930億光年的範圍 基本囊括瞭望遠鏡能記錄到的一切 從微觀的夸克到宏觀的類星體 恆星 行星 星雲 黑洞 還包括那些理論上存在 但我們還沒拍到的各種天體 不過別忘了可觀測宇宙 之所以可觀測 靠的是光要來得及抵達我們 也就是說 它只包含那些光跑得到我們這裡的區域 這就帶來一個很直觀的結果 時間越往後 越多更遠處的光有機會抵達 所以我們的可觀測宇宙看起來就像在不斷長大 但同時宇宙還牽涉到另一個尺度 在某些定義下 它對我們而言也像是有一個可互動的極限 並不是想看多遠就看多遠 這個對我們有效的有限區域 常被稱作哈勃體積 你可以把它理解成一個由宇宙膨脹與光速共同劃出的可影響範圍 用哈勃這個名字來標記這個尺度 極限之外 就算那裡真的有東西 它發出的訊息也可能永遠到不了我們這裡 所以對人類來說 這基本就是我們唯一能看見測量互動的宇宙舞臺 但多數科學家也幾乎可以肯定 在這道看得見的牆之外 空間並沒有嘎然而止 宇宙很可能還延伸到更遙遠的地方 天文學家推測 那些我們看不見的區域甚至可能是無限的 而且在大尺度上 物質 能量 星系的分佈方式 可能和我們可觀測宇宙裡看到的非常相像 如果那裡真的延伸下去 那麼在哈勃體積之外 理論上不只會有更多行星 還可能出現一些在條件上非常像 地球的近似版本 更戲劇一點的說法是 你走得夠遠 可能會遇到另一套太陽系副本 甚至另一顆幾乎一模一樣的地球 只是細節不同 比如那個版本的你 早餐吃麥片不吃蛋 另一個版本乾脆沒吃 再極端一點 甚至會有做出完全不同選擇的世界線 一些宇宙學家的想法更直接 如果宇宙足夠大 甚至無限大 那麼往外走到足夠遠 你可能會遇到另一個在統計上幾乎複製貼上的哈勃體積 在那樣的圖景裡 其他哈勃體積中 甚至可能存在另一個你 把你所有可能做出的選擇 都在不同版本裡各自演一遍 這聽起來當然像科幻 但別忘了 無限本來就超出人腦直覺 我們之所以覺得不可能 往往只是因為宇宙的尺度大到不給直覺留位置 光速極限與時空拉開 簡單講 相對論告訴我們 在同一片局部空間裡 兩個彼此不算太遠的物體之間 速度要超過光速幾乎是不可能的 但如果兩個天體相距極遠 重點就變了 當他們之間的空間本身在變大時 就不再是單純的物體跑的快不快 而是空間尺度在改寫距離 所以真正發生的不是東西超光速飛走 而是空間在膨脹 把兩者越拉越開 遠到某個程度時 看起來就像在以驚人的速度互相遠離 結果就是 如果你真想摸到可觀測宇宙的邊緣 就得有一種 近乎神話級的交通方式 要麼能超光速 多數物理學家不看好 要麼靠蟲洞取速 這類把時空折起來的捷徑同樣 多數人也認為極難成真 暗流與多宇宙想像 接著登場的是暗流 在2008年 天文學家碰上了一個完全出乎意料的怪現象 像宇宙在暗處偷偷推了一把 他們發現一些星系團竟然像被同一股力量牽著走 集體朝同一方向飄移 速度還快到超過每小時320萬公里 相當誇張 更關鍵的是到了2010年 後續的觀測又把這件事再度敲了一次張 讓人們更認真的把它稱作暗流 而這個線索正是從宇宙裏那些最龐大的結構下手才挖出來的 越大越容易看出整體在往哪裡動 例如巨型星系團 它們是由大約上千個星系 加上一大團熱到會發出x射線的氣體組成 堪稱宇宙裏的超級城市群 科學家會盯著x射線 如何和宇宙微波背景輻射cmb 也就是大爆炸留下的餘溫的互動 從這種互動細節去反推 星系團到底在怎麼移動 當x射線相關的散射作用把光子攪一攪 就會在cmb上留下非常細微的溫度變化 這類訊號被稱為運動學的桑亞耶夫澤爾多維奇效應 過去大家其實沒把這種效應清楚抓出來 但nasa哥達德太空飛行中心的天體物理學家亞歷山大卡什林斯基帶領團隊 一口氣分析了大約700個星系團 最遠到60億光年 等於把宇宙翻到一半來找蛛絲馬跡 才第一次把它明確揪出來 接著他們把星系團的位置與運動對照nasa的世界地圖 衛星測道的cmb天圖 像把兩張透明圖疊在一起比對 看看哪裡對得上哪裡不對勁 結果一比對就尷尬了 這些星系團的集體運動 竟然和大爆炸之後質量應該怎麼分佈怎麼拉扯的主流預測對不上 像是有外力在插手 那原因會是什麼 其中一個最刺激也最讓人不安的可能性是 在哈勃體積之外 或許存在某種超巨型結構 雖然我們看不到它 但它的引力影響卻能隔空把我們這邊的星系團往同一方向拉 也因此有研究者幾乎斷言 這股犀利的來源 很可能就在我們已知可觀測的宇宙邊界之外 至少不在我們目前能直接看到的範圍內 這也暗示 就算宇宙是無限的 從我們的角度看 它的結構也未必處處均勻 可能存在更濃更重更能拉的方向性差異 至於那到底是什麼 想象空間非常大 可能是難以想象 規模的物質與能量聚集 也可能是某種更奇異的結構邊界 甚至被形容成能把其他區域 其他宇宙的引力影響傳過來的怪異斷層 不過要小心 說哈勃體積之外容易讓人誤會成另一個宇宙 但很多情況下它仍可能是同一個宇宙 只是那一部分光來不及到我們這裡 所以我們看不見而已 在這種理解下 那裡依然遵守同一套物理定律 同一組常數 只是我們沒有辦法直接伸手去量它 黑洞 氣泡 宇宙與終極體溫 但還有另一種更多宇宙的故事版本 大爆炸後的膨脹過程 可能讓空間像沸騰一樣冒出一顆顆氣泡 每顆氣泡都像一個宇宙胚胎 每個氣泡一旦成形 就可能在局部脫離其他區域的膨脹節奏 變成一個獨立宇宙 甚至擁有自己的一套規律與物理常數 像是不同版本的物理世界 在這幅圖像裡空間可以是無限的 而每個氣泡宇宙也可能是無限的 因為在數學與宇宙論的語境裡 一個無限確實 能容納無限多個無限 就算你神通廣大 能衝破一個氣泡的邊界 氣泡之間的空間也可能還在持續膨脹 像跑步機越跑越快 於是無論你多拼命加速 你也可能永遠追不上 到不了下一個氣泡宇宙 還有一個腦洞更大的想法 來自物理學家裏斯莫林的肥沃宇宙 構想 他認為我們宇宙裡的每一個黑洞都可能像種子一樣孕育出一個新宇宙 而且每誕生一個新宇宙 它的物理定律可能都會和母宇宙有一點點差異 就像拷貝檔案時產生了微小的變動 他甚至把它類比成自然 選擇 因為越容易形成黑洞的物理條件 就越可能產生更多後代宇宙 於是那套規律就像更容易繁衍的物種一樣被放大 相反的 如果某個宇宙幾乎不形成黑洞 那它就缺少生出下一代的機會 於是看起來像是在宇宙族譜裡慢慢淡出 走向消亡 當然 這套想法也爭議很大 包括斯莫林本人在內 以及不少研究者都對他提出過反駁與修正 並沒有形成一致共識 最後談無限多個平行宇宙 相關理論多到數不完 但其中一條常被討論也叫成系統的路線 是在弦理論想法上再往前推一步的延伸版本 這裡會牽涉到所謂的模 你可以把它想成更高維度裡會震盪 會起伏的巨大結構 方向 甚至不止我們熟悉的三維 弦理論與模理論細講起來會非常硬核 這裡只抓重點 在某些模型裡 十一維背景中不同的模就像不同宇宙 而當這些漣漪般的模發生碰撞時 可能就像點燃火花一樣 誕生出一個新的宇宙 更妙的是 這些模的波動與碰撞留下的痕跡 被認為或許能幫忙解釋 為什麼我們宇宙裡的物質會呈現今天觀測到的這種分佈與結構 這套說法裡最離奇的一點是 我們感受到的引力 可能不是隻屬於我們宇宙 而是從另一個維度 另一個宇宙滲過來的 這也被拿來解釋一件事 為什麼引力相較於其他基本力 看起來弱得不可思議 那你怎麼看 這些說法是科學的勇敢想像 還是太超前的腦洞 在我們宇宙的邊界之外 會不會真的藏著另一個我們完全陌生 甚至永遠碰不到的世界 無窮大這件事 真的在現實宇宙中成立嗎 還是隻存在於數學符號裡 如果它真的存在 那它到底無限到什麼程度 是大到沒有邊 還是大到我們連問法都不夠用 平行宇宙 時空與物質的扭曲 玄理論與魔 還有黑洞孕育宇宙 每一個關鍵字都像一扇門 門後都可能是另一整套宇宙觀 你覺得這些全都只是包裝的很像科學的噱頭 甚至是騙局嗎 還是說 哪怕只有一小部分 背後其實真的藏著某些值得認真對待的線索與道理