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宇宙的边界在哪儿?

当伽利略在1610年首次用望远镜看向世界时,他发现了隐藏在银河系中的“很多恒星团”。自那今后,咱们的世界已成倍增长。大约三个世纪后,当天文学家制作了更先进的望远镜并发现银河系只不过是“世界中众多星系”中的一个时,世界的边界再次向外延伸。很快,他们发现,世界也在胀大,星系之间的距离越来越远。

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现在,越来越大的的望远镜现已告知咱们,可观测的世界直径可达到难以想象的920亿光年,其中大约包括2万亿个星系。但是,天文学家仍不知道,在已知的世界之外,到底还有多少未知的世界。

加州大学欧文分校的弗吉尼亚·特林布尔说:“世界总是比咱们看到的更大。”

制作更大的望远镜对扩展世界的边际现已杯水车薪。“望远镜只能看到可观测的那部分。咱们看不到世界诞生之前的过往,”NASA哥达德空间飞翔中心的世界学家、诺贝尔奖得主约翰·马瑟解说说,“所以,咱们的视野彻底受到了限制。咱们现已竭尽所能,看到能看见的一切了。”马瑟也是詹姆斯韦伯太空望远镜的首席科学家。在世界边际,咱们看到了大爆炸遗留下的光芒,即所谓的世界微波背景辐射(CMB)。但是,这还不是世界的魔法边际。咱们的世界仍在不断行进。咱们或许永久不知道边际在哪里。

最近几十年,世界学家一向试图经过先确认世界的形状,来解决这个谜团,就像古希腊数学家埃拉托色尼用简单的三角函数核算地球的大小那样。理论上,咱们的世界或许具有三种形状中的一个,到底是哪种形状取决于空间本身的曲率:鞍形(负曲率),球形(正曲率)或扁平形状(没有曲率)。

鞍形世界的支持者比较少,而球形世界对咱们地球人来说似乎更加简单了解。咱们的地球是圆形的,太阳和其他行星也是圆形的。一个球形世界意味着,你能够在世界中向任何一个方向行进,最终仍能够回到起点,就像麦哲伦和他的船员环游地球一样。爱因斯坦将这个模型称为“有限而无界的世界”。

但是从二十世纪八十年代后期开始,为研讨CMB而建造的一系列轨道观察站进行了越来越精确的测量。测量数据显现,世界底子没有曲率。至少,在天文学家可测量的有限范围内,世界是平整的。假设世界真的是一个球形,那么这将是一个无比巨大的球体,以至于咱们观察到的整个世界都不足以显现出任何曲率。

“世界平整得似乎像是一张无边无际的纸,”马瑟说,“若是如此,你能够向着任何方向无止境地行进,而世界几乎不会有多少变化。”你永久无法走到平整世界的边际;你只会发现越来越多的星系

大多数天文学家对此没有贰言。一个平整的世界既契合观察也契合理论。所以,扁平世界论是现代世界学的中心。

但问题是,不同于球形世界,一个扁平的世界既能够是无限的,也能够是有限的。并且,咱们也没有一个真实的办法能够区分差异。“你根据什么来区分一个扁平的世界是不是无限的呢?”特林布尔说,“没人知道。”

因此,天文学家寄希望于理论:一种能够供给直接证明的模型。例如,物理学标准模型猜测了许多粒子的存在,例如著名的希格斯玻色子。即使没有真实发现,物理学家仍以为这些粒子真实存在。

“假如你对现在观察到的一切有一个很好的解说,并且这个解说也能够做一些精确的猜测,那么你就会倾向于相信现实便是如此,”特林布尔说,“这便是大多数科学家眼中的科学。”

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