如果宇宙在膨脹，為什么我總是找不到停車位？

在加州大學(xué)圣克魯斯分校，我的一位教授同事有件特別的 T 恤，上面印著一個既搞怪又深刻的問題：“如果宇宙在膨脹，為什么我總是找不到停車位？”這個問題的答案凸顯了宇宙膨脹的另一個關(guān)鍵方面：引力抵消了空間的膨脹。

▲圖1 很難找到停車位的停車場。

根據(jù)廣義相對論，質(zhì)量會使時空彎曲，將物體拉向彼此。對于我們所處的三維空間，可以用二維的橡膠膜來類比想象：放在膜上的物體會造成凹陷，從而將膜上的其他物體吸引過來。在二維的膜上，彎曲發(fā)生在看不見的第三維度，而在三維空間中，彎曲發(fā)生在看不見的第四維度。但最終的效果是相同的——引力使物體的運動軌跡向質(zhì)量中心彎曲。

圖2描繪了一個星系周圍橡皮膜般的時空。遠處的時空在膨脹，但是當(dāng)接近圖中央的星系時，星系的質(zhì)量會抵消宇宙膨脹。因此，每個星系周圍都存在一個“束縛區(qū)”（墜積區(qū)），在這個區(qū)域內(nèi)，它的引力影響使時空收縮成靜態(tài)的、受束縛的區(qū)域。這個區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)不再受膨脹或收縮影響，而是以穩(wěn)定的方式運行。

▲圖2 局部引力對抗宇宙膨脹。星系位于時空的“勢阱”內(nèi)，其引力吸引著周圍的物質(zhì)。與此同時，在非常大的尺度上，宇宙正在膨脹。在這兩者之間，存在一個回縮半徑，超出此半徑的時空在膨脹，而此半徑以內(nèi)的時空在收縮。靠近星系時，會進入引力的束縛區(qū)。我們看到的周圍所有事物，包括夜空中的 星星以及像仙女星系和麥哲倫云這樣的近鄰星系，都在一個名為“本星系群” 的束縛區(qū)內(nèi)。本星系群脫離了宇宙膨脹的影響，因此不遵循哈勃 - 勒梅特定律。必須前往數(shù)百萬光年之外，遠遠超過近鄰星系的距離，才能抵達真正的膨脹區(qū)。

我們?nèi)庋劭梢姷囊磺卸嘉挥谑`區(qū)內(nèi)。這一切包括地球、太陽系、銀河系中的恒星，以及像仙女星系和麥哲倫星云這樣的近鄰星系，當(dāng)然也包括我們身體內(nèi)的原子，甚至是停車位，這些東西都沒有因為宇宙膨脹而膨脹。要看到宇宙的膨脹，必須著眼于數(shù)百萬光年這樣宏大的尺度，這就是為什么我們直到 20 世紀初才發(fā)現(xiàn)這一點，因為我們需要建造足夠強大的望遠鏡來觀測深空。

▲圖3加速擴張的宇宙。

如果將哈勃 - 勒梅特定律向外推演，最終退行速度會超過光速，這不是違反了愛因斯坦的相對論嗎？該理論將光速規(guī)定為宇宙的速度極限。事實證明，兩者并不矛盾。相對論中有一些細則經(jīng)常被忽略：愛因斯坦得出的速度極限只適用于在同一個參考系中相對運動的物體。對遙遠的星系而言，它們處于因空間膨脹而遠離我們的不同參考系中。因此，非常遙遠的星系確實能以超光速退行，而不違反愛因斯坦的“法令”。但問題是，無論觀測用的望遠鏡有多強大，我們都永遠無法看到這些以超光速退行的星系（它們也永遠無法看到我們），因為它們的光無法到達我們這里。這樣的星系位于宇宙視界之外，宇宙視界即從大爆炸以來光有足夠時間抵達的最遠邊界，這個邊界定義了人類理論上能觀測到的宇宙范圍，對應(yīng)著可觀測宇宙的半徑。

我們的可觀測宇宙有一個中心，就是我們自身！但這并不代表人類是特殊的，因為宇宙中任何位置的觀測者對應(yīng)的可觀測宇宙都是以自己為中心的。但是整個宇宙有一個真正的中心嗎？目前尚不可知。如果整個宇宙的大小是有限的，那么它確實必須有一個中心，但這個中心可能遠在我們的可觀測宇宙之外，而且無法確定這個中心是否具備特殊性。因此，把大爆炸想象成發(fā)生在一個特定的地點是沒有用的——它同時發(fā)生在我們整個宇宙的每一個地方。大爆炸不是空間中的一個點，而是時間中的一個時刻。

書名：模擬宇宙：我們生活在虛擬世界嗎

?♂? 作者：[美]羅米爾·戴夫（Romeel Davé）

翻譯：張水乃、孫佳

內(nèi)容簡介

我們所見的一切，是堅固的現(xiàn)實，還是某種更宏大存在中的一段代碼?

本書將帶你踏入一個前所未見的“數(shù)字創(chuàng)世現(xiàn)場”。你將看到科學(xué)家如何驅(qū)動超級計算機，從虛無中啟動一場數(shù)字大爆炸，像編寫創(chuàng)世劇本一樣，親手“制造”恒星、星系與暗物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)——一個高度逼真的虛擬宇宙，正運行于硅基芯片之上。

當(dāng)物理定律轉(zhuǎn)化為數(shù)字代碼，當(dāng)虛擬時空中孕育出與真實宇宙驚人相似的圖景，這一切都指向了一個震撼心靈的謎題：如果我們可以模擬一個宇宙，那么我們自身，是否也可能生活在某個更高級的“模擬世界”之中?

這是一場從奇點到星系的科學(xué)探險，也是一次關(guān)于“存在”的終極思考。無論你是科學(xué)發(fā)燒友，還是對世界本質(zhì)懷有樸素好奇的普通人，這本書都將為你打開一扇重新審視我們所處現(xiàn)實的大門。