科學家們對宇宙的看法就像前任的承諾——總在變化

古人的幻想與現代的現實

公元前的某天，一位名叫盧克萊修（Lucretius）的希臘哲學家想證明宇宙是無限的。他提出了一個足夠簡單的思想實驗：假設有個勇士站在宇宙的"邊緣"，手持一把長矛用力一擲。

如果這長矛飛出去，它要么撞到什么，要么繼續飛。撞到東西？那東西就在"宇宙之外"——這不就自相矛盾了嗎？宇宙邊界必然再往外推一點。按照這種推理，他斷定宇宙必須是無限的。

邏輯上似乎完美，對吧？別急，雖然聽起來有道理，實際上卻漏洞百出。

與此同時，亞里士多德和托勒密這兩位天文學界的大佬持反對意見，他們提出了一個更像洋蔥的宇宙模型——以地球為中心的同心球體。亞里士多德認為，如果星星無限遠，它們不可能在24小時內繞地球旋轉一周。托勒密讓這個地心說模型勉強工作起來，而他們的論點成為了整個中世紀基督教宇宙觀的基礎。

中世紀神學家的意外前衛思想

跳到15世紀，來自德國的尼古拉·庫薩（Nicholas of Cusa，1401-1464）開始挑戰這一觀點。雖然他心里還是認為地球是中心，但他卻大膽主張宇宙中的一切都在運動，包括地球，而且沒有明確的中心點。

更驚人的是，這位身為主教的庫薩宣稱，即使是"最外層的球體"也不是有限的邊界。因此，宇宙必須是無限的。他甚至認為，其他有人居住的世界可能會將地球視為宇宙邊緣附近的某處。這種想法比哥白尼早了整整一個世紀，預示了現代版的"哥白尼原理"——宇宙中沒有特殊的地方。

有趣的是，庫薩因為這些想法并沒有遭到教會的迫害。事實上，他是一位偶爾挑戰教皇權威的主教，暗示紅衣主教團應該凌駕于教皇之上。

不過，他最終改變了立場，成為教皇庇護二世的顧問。（這位老兄顯然深諳職場政治。）

布魯諾：選錯了戰場的科學烈士

后來，喬爾達諾·布魯諾（Giordano Bruno）繼承了庫薩的思想，但是，當庫薩將其視為形而上學的沉思時，布魯諾卻將其用來試圖動搖基督教對主權和全能上帝的信仰。因此，不出意外，他們的命運截然不同。

布魯諾被以異端罪燒死在火刑柱上。

十年前熱播的紀錄片《宇宙》的重啟版中，安·德魯揚（Ann Druyan）和尼爾·德格拉斯·泰森（Neil Degrasse Tyson，把冥王星“踢”出太陽系的男人）對布魯諾的專題進行了修正主義的歷史表述，試圖將他描繪成科學的烈士。

雖然這是對他的指控之一，但他相信多重世界和無限宇宙的觀點與他的處決幾乎沒有關系。

愛因斯坦：重新定義游戲規則

無論如何，盧克萊修或庫薩的論點都沒有預見到愛因斯坦將引發的革命。

例如，當你注意到宇宙可能有許多形狀是有限但無界的時，盧克萊修的論點就完全站不住腳了。又例如，球體或環面會允許長矛在不遇到任何障礙的情況下旅行，但不允許無限宇宙的存在。

當然，古希臘人知道地球是個球體，但他們從未期望宇宙也可能是一個球體，因為他們沒有高維曲面空間的概念。就像試圖向一條魚解釋空氣一樣——因為它的整個概念框架都缺失了。

愛因斯坦的廣義相對論證明了空間和時間是有形狀的，這揭示了盧克萊修未說出口的假設——宇宙不是彎曲的。而庫薩關于宇宙中沒有特殊點的概念同樣可以發生在有限和無限的宇宙中。

現代證據：傾向于無限

目前，我們不知道宇宙是有限還是無限，也不知道它是否無界。但是，有充分的理由相信宇宙在空間上是無限的。

原因是證據最符合一個是德西特空間（de Sitter space）的宇宙。德西特空間具有恒定的曲率，很像球體，但與球體不同，它的形狀是雙曲線的。

我們的宇宙是德西特空間的證據包括：

1. 1990年代對Ia型超新星的觀測表明宇宙正在加速膨脹。這只會在宇宙學常數為正的情況下發生，這與德西特空間一致。簡單地說，宇宙不僅在擴張，而且擴張速度還在加快。
2. WMAP和普朗克衛星對宇宙微波背景（CMB）的測量也表明了德西特宇宙。如果不是這樣，我們會看到背景中的某些各向異性（空間在不同方向上不同），但我們沒看到這種情況。
3. 暗能量的最簡單解釋，這被認為是宇宙在空間上平坦的原因，就是它只是恒定的曲率，實際上沒有任何物質或能量導致這種情況。這有點像你從地球的一部分到另一部分時，你沿著彎曲的路徑前進，是因為地球是彎曲的，而不是因為有額外的力量把你拉向那個方向。
4. 星系分布和宇宙的大尺度結構與宇宙學常數一致。
5. 暴脹理論，這是關于宇宙如何開始的主要理論，其中宇宙在最初的微微一秒內極度快速膨脹，暗示了宇宙朝著德西特狀態演化。
6. 全息原理，這是許多物理學領域的強大但未經證實的原理，包括黑洞熱力學和量子引力的德西特-共形場理論對應，支持德西特空間，這基于反德西特-共形場理論對應的成功的平行關系。

雖然我們不確定我們生活在德西特空間中，但根據我們最好的模型，它似乎接近于德西特空間。如果宇宙是真正的德西特空間，那么這意味著它不僅在空間上無界，而且是無限的，因為最簡單的德西特空間就是無限的。

平坦還是彎曲？無限還是有限？

德西特空間可以有封閉或開放的空間切片，所以問題并沒有完全得到回答。例如，在量子引力中，通常用封閉的空間切片來表示德西特空間，這些切片都是超球面。

然而，根據我們最好的觀察，至少看起來我們的宇宙在空間上是平坦的，這意味著切片是開放的，在空間上是無限的。

如果這是真的，那么可觀測宇宙，即我們能看到的那部分，只是整個宇宙的一個無窮小的補丁。在一個無限的宇宙中，如果物質也均勻分布在整個宇宙中，我們也期望一切都被重復無數次。有無限多個與我們完全相同的地球，也有那些與我們不完全相同的地球。這不是出于任何物理原因，而是因為任何具有有限概率的隨機事件，如果嘗試無限次，將會發生無限次。

是的，理論上存在無限多個你，正在讀這篇文章的無限多個版本，可能在其中一些版本里，你不僅是在閱讀，而且還在喝咖啡，或者正好打了個噴嚏。在另一些版本里，也許你決定跳過這篇文章，去看貓咪視頻了。

地平線效應：宇宙版的"看不見的另一半"

可觀測宇宙的邊緣不是邊界或邊緣。它只是一個地平線，很像地球上的地平線。如果我看著一個朋友走到地平線然后越過它，我們就不能再看到對方，但我們每個人仍然有自己的地平線?？捎^測宇宙邊緣也是如此。如果有人在我們可觀測宇宙的邊緣，他們將擁有自己的可觀測宇宙，其中包括我們無法看到的東西，因為這些東西超出了我們的地平線。

這就像是兩個相隔萬里的人同時站在自己的山頂上環視四周——你們各自能看到的范圍有重疊，但也各有各的"專屬風景"。

也許宇宙很大，但不是無限大

可能我們的宇宙實際上仍然是有限的，但非常非常大。如果它是一個德西特空間（或幾乎是），并且在作為我們可觀測宇宙的部分內在空間上顯得平坦，但實際上是一個超球面，那么這種情況就會出現。

換句話說，我們認為宇宙是平坦的，因為它在我們460億光年外的地平線范圍內幾乎是平坦的，但它微微彎曲，以至于在數萬億或更多光年外，它回到自身。在這種情況下，它是有限的但無界的。

這與暴脹理論相符，因為暴脹理論只會迫使早期宇宙變得幾乎但不完全平坦。

在這種情況下，我們都像"平地球者"，因為我們認為宇宙是平坦的，因為我們不知道更好的。也許當我們有更好的儀器時，我們可能會檢測到與平坦略微偏離，并發現宇宙是永遠延伸還是回到自身。

永恒的問題

說到底，宇宙是否無限這個問題，可能在我們的有生之年無法得到明確的答案。但正是這些終極問題驅使著科學不斷前進，就像盧克萊修的長矛一樣，不斷探索著未知的邊界。

也許更重要的是我們如何看待這個問題。無限宇宙的概念提醒我們，我們的存在是多么的渺小，卻又多么的特別。在無限的可能性中，我們這個版本的地球、這個版本的你我，正在此時此刻相遇，閱讀這些文字，思考這些問題。

無論宇宙是否無限，這種思考本身就已經是一次宇宙之旅了。