宇宙之外是什么？

當(dāng)你問(wèn)出這個(gè)問(wèn)題時(shí)，物理學(xué)家可能會(huì)遺憾地告訴你，這個(gè)問(wèn)題在邏輯上是“非法”的。

在我們的直覺(jué)里，任何事物都應(yīng)該有邊界，而邊界之外必然存在某種空間，然而宇宙的本質(zhì)可能恰恰挑戰(zhàn)了人類數(shù)百萬(wàn)年演化出來(lái)的常識(shí)，宇宙沒(méi)有“外面”，因?yàn)椤巴饷妗北旧砭褪且粋€(gè)需要空間和時(shí)間定義的概念，而這兩者，正是宇宙本身。

我們常說(shuō)的 “可觀測(cè)宇宙” 半徑約為 465億光年，直徑約 930 億光年，這并不是宇宙的全部，而是一個(gè)由光速設(shè)定的“視界”。

由于宇宙的年齡約為138億年，且空間在不斷膨脹，那些距離我們極其遙遠(yuǎn)的光，即便在宇宙誕生之初就開(kāi)始奔跑，至今也未能抵達(dá)地球，每秒30萬(wàn)公里的光速成了宇宙中最絕對(duì)的禁令，更令人絕望的是，宇宙的膨脹是具有疊加效應(yīng)的。

根據(jù)哈勃定律：距離我們足夠遠(yuǎn)的星系，其遠(yuǎn)離我們的退行速度已經(jīng)超過(guò)了光速，這意味著，那些星系發(fā)出的光將永遠(yuǎn)無(wú)法到達(dá)我們的視界之內(nèi)。

我們就像被困在一個(gè)半徑 930 億光年的巨大氣泡里，隨著時(shí)間的流逝，越來(lái)越多的星系會(huì)劃過(guò)那個(gè)名為“哈勃體積”的邊界，消失在永恒的黑暗中。真實(shí)宇宙的尺度，可能是可觀測(cè)宇宙的251倍，甚至可能是無(wú)限。

為了理解“沒(méi)有邊界的宇宙”，我們需要借用拓?fù)鋵W(xué)的視角?？茖W(xué)家提出了三種主流的宇宙幾何模型：平坦無(wú)限宇宙：就像一張無(wú)限延伸的平整紙張，沒(méi)有盡頭，沒(méi)有曲率，閉合宇宙：這最符合人類的想象力，宇宙像一個(gè)四維超球面，就像螞蟻生活在三維球體的表面，如果你朝著一個(gè)方向筆直走下去，你最終會(huì)回到起點(diǎn)，開(kāi)放宇宙：具有負(fù)曲率，形狀類似無(wú)限延伸的馬鞍。

想象那只生活在氣球表面的“二維螞蟻”，對(duì)于它來(lái)說(shuō)，宇宙只有長(zhǎng)和寬，沒(méi)有“高度”，當(dāng)氣球膨脹時(shí)，它能感受到所有同類都在遠(yuǎn)離自己，但它無(wú)法理解氣球是在向哪個(gè)方向膨脹，因?yàn)樗鼰o(wú)法感知指向氣球內(nèi)部或外部的第三個(gè)維度。

我們?nèi)祟愅瑯用媾R這種維度桎梏，我們被困在三維空間加一維時(shí)間的“時(shí)空”里。當(dāng)數(shù)學(xué)告訴我們宇宙可能是一個(gè)彎曲的四維結(jié)構(gòu)時(shí)，我們的大腦無(wú)法構(gòu)建出那個(gè)畫(huà)面，就像螞蟻無(wú)法想象什么是“高度”。

如果空間沒(méi)有“外面”，那么時(shí)間是否有“之前”？

2023 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主羅杰·彭羅斯與其導(dǎo)師斯蒂芬·霍金共同證明了 “奇點(diǎn)定理”，在大爆炸的那一刻，時(shí)空曲率變得無(wú)限大，密度變得無(wú)限高，時(shí)間也正是從那一刻起才具有了物理意義。

問(wèn)“大爆炸之前是什么”，就像是在南極點(diǎn)問(wèn)“往南走是什么？”

當(dāng)你站在最南端的點(diǎn)，所有的方向都指向北方，“南方”這個(gè)概念已經(jīng)由于幾何特征而消失了，時(shí)間是大爆炸的產(chǎn)物，而不是大爆炸發(fā)生的背景。

為什么宇宙如此巨大且平坦？

答案藏在 “暴漲理論”中，在宇宙誕生的最初階段，空間經(jīng)歷了一次極速擴(kuò)張，這種膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光速，使得原本微小的量子漲落瞬間被拉伸到宏觀尺度。

暴漲理論解釋了“視界問(wèn)題”：為什么相距如此遙遠(yuǎn)、互不相干的星系，其溫度和物質(zhì)分布卻如此均勻？因?yàn)樵诒q之前，它們?cè)o緊擠在一個(gè)極小的區(qū)域內(nèi)充分交換能量，隨后，這滴“墨水”被瞬間吹大的氣球拉扯到了宇宙的兩端，雖然稀釋了，但性質(zhì)依然均一。

宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹，推動(dòng)這一切的幕后黑手是 “暗能量”。它占據(jù)了宇宙總能量的 68.3%，表現(xiàn)為一種真空的斥力，這導(dǎo)致了兩種可能的悲劇性結(jié)局：

大撕裂：膨脹力最終強(qiáng)過(guò)引力和強(qiáng)相互作用力。不僅是星系，甚至連恒星、行星、原子乃至?xí)r空結(jié)構(gòu)本身，都會(huì)被拉扯成碎片。

熱寂：這是更為主流的預(yù)測(cè)，隨著宇宙不斷變冷、變空，熵值達(dá)到最大。最后一顆紅矮星熄滅，最后一個(gè)黑洞通過(guò)霍金輻射蒸發(fā)。宇宙最終會(huì)變成一片絕對(duì)死寂、絕對(duì)虛空、且溫度接近絕對(duì)零度的深淵。

如果我們的宇宙并非唯一，那“外面”可能熱鬧得多，弦理論認(rèn)為，宇宙除了我們感知的四維外，還有七個(gè)卷曲的微小維度。

這些維度卷曲的方式有近乎無(wú)數(shù)種可能，每一種都對(duì)應(yīng)一種物理法則，于是“景觀理論” 出現(xiàn)了：我們的宇宙只是漂浮在更高維度“超空間”里的一個(gè)泡泡，在其他泡泡里，光速可能快如閃電，或者引力微弱到無(wú)法形成恒星。

這就是 “人擇原理”：為什么我們的宇宙參數(shù)如此精確？

因?yàn)橹挥性谶@些參數(shù)恰好適合生命的宇宙里，才會(huì)有生物站出來(lái)問(wèn)“為什么我們這么幸運(yùn)”，這并不是設(shè)計(jì)，而是概率的必然，那些不適合生命的宇宙里，連觀測(cè)者都不存在。

還有一個(gè)最讓人脊背發(fā)涼的可能：宇宙本身就是一段程序。

尼克·博斯特羅姆的 “模擬假說(shuō)” 指出，如果文明能發(fā)展到模擬宇宙的水平，那么虛構(gòu)宇宙的數(shù)量將遠(yuǎn)超現(xiàn)實(shí)宇宙。以下幾個(gè)物理現(xiàn)象支持了這種懷疑：

普朗克尺度：宇宙存在最小長(zhǎng)度和最小時(shí)間單位。這就像是屏幕的“像素”或計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘周期，量子力學(xué)中的觀測(cè)者效應(yīng)顯示，粒子在被觀測(cè)前處于疊加態(tài)（未加載），被觀測(cè)后才坍縮為確定態(tài)（渲染），物理常數(shù)的精確性，像極了程序員為了維持模擬系統(tǒng)穩(wěn)定而輸入的初始變量。

所以宇宙之外是什么？

也許“外面”只是一個(gè)更高階文明的服務(wù)器硬盤(pán)，或者是10維時(shí)空中的一次漣漪，亦或者是某種我們目前的感官和邏輯完全無(wú)法觸達(dá)的真實(shí)，但這并不令人沮喪，正如愛(ài)因斯坦所言：“宇宙最不可思議的地方，在于它是可以被理解的。”

我們就像被困在孤島上的幸存者，雖然被 930 億光年的海洋包圍，但我們能通過(guò)推演洋流、分析星光，去重構(gòu)那個(gè)我們從未見(jiàn)過(guò)的大陸，能夠意識(shí)到自己的渺小，恰恰是人類最偉大的時(shí)刻，宇宙賦予了我們思考的能力，而這份思考，或許正是這片虛無(wú)中唯一的微光。