宇宙到底有没有边界?
作者:刘远景 (这篇文章被很多朋友转载到不同网站上,今年8月我的“新浪博客”未关闭之前,平均每天有20人阅读)
关于宇宙边界的问题,当前的解释是:由于宇宙是150亿年前的一次大爆炸形成的,数秒钟后开始产生物质,这些物质在爆炸力的推动下,像节日焰火一样各向同行地朝四面八方飞行,所以,宇宙是膨胀的。就是说,今天的宇宙比昨天的宇宙大,昨天的宇宙比前天的宇宙大;反过来说,昨天的宇宙比今天的宇宙小,一万年前的宇宙比今天的宇宙要小得多。150亿年的宇宙只是一个奇点,今天我们所看到的物质在那时是一种量子化形态,也就是那时的物质已经转换成了能量。在这种意义上,天文学家认为宇宙是有限的,它的直径据最新的报导是780亿光年。人类利用现代设备已经能够观察到150-200亿光年远的天体,由于人类无法离开宇宙纯客观地观察宇宙,所以,这个距离数据只是推理得出的结论,而且,这个距离是根据欧几里得几何的直线原理得出的。
根据爱因斯坦广义相对论原理,宇宙中没有直线可言,从宏观宇宙来看,一切都是卷曲的。根据万有引力的原理,物质对物质都有吸引力。在地球上,从A点发射一束光到B点,这条光线是笔直的,没有一点弯曲。这是由于地球的引力小,光的弯曲度我们观察不到的缘故。但从遥远的宇宙深处的一个恒星发射出的光到地球上来,这个恒星的距离如果是一万光年,也就是说,我们今天看见的这个恒星的光,已经是一万年前发出的光了。这个光从那个恒星出发经过一万年才到达地球,途中要经受很多天体恒星的吸引,走过了很多弯弯曲曲才到达地球的。根据经典几何原理,两条平行的直线向前延伸,距离都会相等,既不会相交,两条直线也不会越来越远。但根据广义相对论的原理,两条平行的直线相交或者越来越远是完全可能的。
经典几何原理认为,等边三角形的内角都是相等的,都是180度。但按照广义相对论原理,宇宙是卷曲的。在卷曲的宇宙上画一个等边三角形,它的内角是多少要看卷曲程度而定,总之,它的每个内角肯定不是180度了。
由于宇宙是卷曲的,宇宙是圆形的,所以,如果从宇宙的任何一点出发,一直向前行走,永远也走不到宇宙的边界。就像一只蚂蚁在一个篮球上爬行,即使是笔直地爬行,它终究会回到它的出发点来。说宇宙没有边界就是从这个意义上说的。
现在,数学界和物理界把宇宙是卷曲的,思考宇宙要从卷曲的原理出发来思考宇宙称为“非欧几何”。非欧几何学认为,宇宙是没有边界的。非欧几何还认为,欧几里得几何只适合测量中小宇宙天体和距离,不适合观察测量宏观宇宙。到底多大天体适合使用经典几何学,多大的天体必须使用非欧几何学,爱因斯坦没有说。其实,经典几何学是人设定的,按人定的几何学原理测量天体也是完全可能的。我的话可能有点得罪爱因斯坦大师,他说这话时太缺想象力了,再复杂的物质也能用经典几何测量出它的体积,再弯曲的道路也能用经典几何测量出它的直线距离和实际距离。宇宙的确是在每时每刻地变大,但宇宙再大也是像爱因斯坦自己所说的“是有限的”,说有限,又说没有边界,这个理论深奥得只有傻瓜才能理解,正常人是无法理解的。爱因斯坦大师也许认为撞到南墙走不动了,那才是边,只要能向前走,就没遇到边。那么,按照“宇宙爆炸说”的理论,现在的宇宙应该是一个圆形的正在膨胀的天体,可以用一个正在充汽的汽球来比喻,一只蚂蚁在那只汽球上爬行也找不到边,你说这汽球到底有没有边呢?你爱因斯坦大师不能把人的智力估计得只有蚂蚁的程度吧?
欧几里得几何学是一种人定的几何学,它的五项公理至少前四项公理是绝对的,是不把其它条件考虑在内的一种推理思维。根据这些公理,我们可以计算天下所有的一切存在,设计图纸,推导距离,生产机器等等。四千年过去了,我们还没有发现欧几里得几何有什么错误的地方。而非欧几何是一种实际的几何学,它纠正我们过去思考问题不顾客观现实,完全遵循欧几里得几何学,仅凭人的主观推理。这两种几何学各有其长处,不能说哪一种好,哪一种不好。
人类凭自己的智慧发明的很多定理是永远有效的。其实,算术(代数)也是人类凭主观编造的学问。我们可以教孩子2+2=4,这让谁看来都是绝对的真理,但是,宇宙绝对没有二加二等于四的存在。这是人编的,但不是瞎编的。
宇宙到底有没有边界?天文学家的权威解释是:
宇宙是有限的,但宇宙是没有边界的。这种说法完全是按非欧几何原理解说的,让我们听了都很迷糊。怎么都觉得有点为辩证唯物主义当说客的味道。
我认为,对于宇宙到底有没有边界的问题,正确的表述应该是:宇宙是有限的,由于宇宙是卷曲的,膨胀的,我们永远无法找到宇宙的尽头,照欧几里得虚构的几何原理,用一条直线穿越宇宙的中心,可以测量到宇宙的最长直径长度,虽然宇宙每天都在膨胀,它的最前缘就是宙的边界。比方说,一只蚂蚁在一个篮球上爬行,蚂蚁难以确定篮球的某一点是篮球的边界;但是,手持篮球的人都知道,篮球的外表都是篮球的边界。
也就是说,按非欧几何原理,宇宙没有边界;按经典几何原理,宇宙有边界。两种回答都是对的。只是这两种回答是从不同角度所作回答。我们不要以为现在发现了非欧几何原理,就认为经典几何学已经过时了;经典几何学这个人类智慧的结晶永远也不会过时。
如果有人问你:宇宙有没有边界?你可以大声回答:按经典几何学原理,宇宙有边界!如果由于你这样回答惹出了麻烦,我帮你打官司。(在哲学茶座上的发言,原载新浪博客)