如何理解宇宙“有限而无界”的烧脑头疼问题?

  • 小编 发布于 2019-11-22 12:57:30
  • 栏目:科技
  • 来源:宇宙的呼吸
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如何理解宇宙“有限而无界”的烧脑头疼问题?

宇宙是什么?

西汉刘安在《淮南子》中说:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。”他认为宇宙是时间和空间的总和。现在很多人都还在持这种观点。

宇宙究竟是有限的还是无限的?

汉代学者张衡认为:“宇之表无极,宙之端无穷。”宇宙在时间上无限,过去没有开始,未来没有终端;宇宙在空间上无限,无穷无尽,没有中心,没有边界。宇宙无限的观念在人类的大脑中根深蒂固。爱因斯坦也认为宇宙是“静态、无限、无界”的。

1929年,哈勃发现了“星系红移”现象。哈勃观测到星系与星系之间正在加速分离。

20世纪中叶,G.伽莫夫根据“星系红移”现象,提出了“热大爆炸宇宙”假说。

1965年,美国科学家阿诺·彭齐阿斯和罗伯特·威尔逊发现了宇宙“微波背景辐射”,证实了伽莫夫的预言。

大爆炸理论认为:宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。

暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,把“无”作为一种未知的物质和能量形式,这跟中国道家的观点高度契合。老子在《道德经》开篇第一章就说:“无,名天地之始 ; 有,名万物之母 。”暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。“无”并非是绝对的虚无,真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。从现代物理学的观点看,真空也可视为物质。

今天重点讨论的重点不是宇宙如何大爆炸的问题,而是如何理解宇宙“有限而无界”的问题。

按照现代宇宙学的观点,宇宙是“有限而无界”的存在。

按照正常的逻辑,“有限”就意味着“有界”。

“有限”可以依据暴涨模型来理解,但又“无界”又怎样理解呢?

理解宇宙“无界”,需要量子力学。

在量子力学里,不确定性原理表明:一个量子系统的量子态,可以是几种不同量子态中的任意一种。只有通过观察,才能确定它具体是哪一种量子态。

科学家通过单个电子的双缝干涉实验发现:在不做观察的时候,两条狭缝上都留下了这个电子干涉过的条纹;一旦用专门的仪器观察这个电子的行踪,干涉条纹便消失。不观察,电子具有波动性,因此能弥散开来,留下条纹;观察,就有一个光子撞击了这个电子,这个电子便具有了确定的位置,呈现出粒子性,只能直线传播而无法出现双缝干涉。不观察,电子没有确定的位置,处于各种位置的叠加状态;观察,则电子退出叠加状态。

在量子力学里面,观察者与被观察者之间的界限是模糊的,观察者因为“观察”而成为被观察者的一部分。你无法置身事外。在量子科学的实验过程中,观察者使用的观察工具(如光子、电子或者质子等),必然会对被观察对象产生强烈量子的扰动。不确定性原理,是微观世界的基本属性,而不是观察技术的问题。在微观量子世界,观察者与被观察者是一体的,主观与客观之间的界限是模糊的。

不确定性原理,是理解宇宙“有限而无界”的关键。

实质上,宇宙的“无界”,是指宇宙的边界无法被观察。宇宙的边界无法被观察,本质上不是飞行技术和飞行能力的问题,而是时空的本质问题。人类要探测宇宙的边界,要么就是光子,要么就是乘坐宇宙飞船。

无论是光子还是宇宙飞船,都是物质,物质出现,虚空的有无叠加态必然就会被打破。量子物理学的虚空,实质上是一种有和无的叠加态。虚空中充满了涨落,虚粒子瞬间产生又瞬间消失。实粒子,即物质的产生,实际上就是对虚空的一种“观测”,打破了虚空有无的叠加态——物质产生,时空即产生。

也就是说:你探测到的地方,都有时空的存在;你的探测必然会产生新的时空,而这新产生的时空又属于宇宙的一部分。这就是宇宙边界无法被探测的本质所在。

有一个诞生的点,因此宇宙是有限的;边界无法被观测,因此宇宙是无界的。

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