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(gè)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(gè)問題的答案凸顯了宇宙膨脹的另一個(gè)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(chǎng)。

根據(jù)廣義相對(duì)論，質(zhì)量會(huì)使時(shí)空彎曲，將物體拉向彼此。對(duì)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(huì)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(yùn)動(dòng)軌跡向質(zhì)量中心彎曲。

圖2描繪了一個(gè)星系周圍橡皮膜般的時(shí)空。遠(yuǎn)處的時(shí)空在膨脹，但是當(dāng)接近圖中央的星系時(shí)，星系的質(zhì)量會(huì)抵消宇宙膨脹。因此，每個(gè)星系周圍都存在一個(gè)“束縛區(qū)”（墜積區(qū)），在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，它的引力影響使時(shí)空收縮成靜態(tài)的、受束縛的區(qū)域。這個(gè)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(yùn)行。

▲圖2 局部引力對(duì)抗宇宙膨脹。星系位于時(shí)空的“勢(shì)阱”內(nèi)，其引力吸引著周圍的物質(zhì)。與此同時(shí)，在非常大的尺度上，宇宙正在膨脹。在這兩者之間，存在一個(gè)回縮半徑，超出此半徑的時(shí)空在膨脹，而此半徑以內(nèi)的時(shí)空在收縮。靠近星系時(shí)，會(huì)進(jìn)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(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過近鄰星系的距離，才能抵達(dá)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?yàn)橛钪媾蛎浂蛎洝?strong>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(jì)初才發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)槲覀冃枰ㄔ熳銐驈?qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)深空。

▲圖3加速擴(kuò)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(huì)超過光速，這不是違反了愛因斯坦的相對(duì)論嗎？該理論將光速規(guī)定為宇宙的速度極限。事實(shí)證明，兩者并不矛盾。相對(duì)論中有一些細(xì)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(gè)參考系中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體。對(duì)遙遠(yuǎn)的星系而言，它們處于因空間膨脹而遠(yuǎn)離我們的不同參考系中。因此，非常遙遠(yuǎn)的星系確實(shí)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(cè)用的望遠(yuǎn)鏡有多強(qiáng)大，我們都永遠(yuǎn)無法看到這些以超光速退行的星系（它們也永遠(yuǎn)無法看到我們），因?yàn)樗鼈兊墓鉄o法到達(dá)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(shí)間抵達(dá)的最遠(yuǎn)邊界，這個(gè)邊界定義了人類理論上能觀測(cè)到的宇宙范圍，對(duì)應(yīng)著可觀測(cè)宇宙的半徑。

我們的可觀測(cè)宇宙有一個(gè)中心，就是我們自身！但這并不代表人類是特殊的，因?yàn)橛钪嬷腥魏挝恢玫挠^測(cè)者對(duì)應(yīng)的可觀測(cè)宇宙都是以自己為中心的。但是整個(gè)宇宙有一個(gè)真正的中心嗎？目前尚不可知。如果整個(gè)宇宙的大小是有限的，那么它確實(shí)必須有一個(gè)中心，但這個(gè)中心可能遠(yuǎn)在我們的可觀測(cè)宇宙之外，而且無法確定這個(gè)中心是否具備特殊性。因此，把大爆炸想象成發(fā)生在一個(gè)特定的地點(diǎn)是沒有用的——它同時(shí)發(fā)生在我們整個(gè)宇宙的每一個(gè)地方。大爆炸不是空間中的一個(gè)點(diǎn)，而是時(shí)間中的一個(gè)時(shí)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(jiǎn)介

我們所見的一切，是堅(jiān)固的現(xiàn)實(shí)，還是某種更宏大存在中的一段代碼?

本書將帶你踏入一個(gè)前所未見的“數(shù)字創(chuàng)世現(xiàn)場(chǎng)”。你將看到科學(xué)家如何驅(qū)動(dòng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，從虛無中啟動(dòng)一場(chǎng)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(gè)高度逼真的虛擬宇宙，正運(yùn)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(shí)空中孕育出與真實(shí)宇宙驚人相似的圖景，這一切都指向了一個(gè)震撼心靈的謎題：如果我們可以模擬一個(gè)宇宙，那么我們自身，是否也可能生活在某個(gè)更高級(jí)的“模擬世界”之中?

這是一場(chǎng)從奇點(diǎn)到星系的科學(xué)探險(xiǎn)，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(duì)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(shí)的大門。