資料來源：千龍網

2003年10月29日

宇宙是有限的？鏡像是無限的？ 美國數學家杰弗里﹒威克斯的最新宇宙模型令科學界震驚：一個大 小有限、形狀如同足球的鏡子迷宮﹔宇宙之所以令人產生無邊無界 的“錯覺”，是因為這個有限空間通過“返轉”效應無限重復映現 自身。宇宙是有限的還是無限的？一個爭論不休的古老問題。今天 ，根據天文觀察資料和理論分析，多數天文學家都認定宇宙是無限 的。 日前，根據美國國家航空航天局（NASA）2001年發射升空的WMAP 宇宙微波背景輻射探測器獲得的資料，美國數學家杰弗里﹒威克斯 推斷，宇宙其實是有限的，相對說來其實并不大，大約只有70億光 年寬度，形狀為五邊形組成的12面體，有如足球。人們之所以感覺 宇宙是無限的，是因為宇宙就像一個鏡子迷宮，光線傳過來又傳過 去，讓人們發生錯覺，誤以為宇宙在無限伸展。 宇宙不大，掀不起大浪？ WMAP探測器用于探查宇宙大爆炸“大火”遺留下來的熱量痕跡─ ─彌漫于整個宇宙的微波背景輻射，此種“余熱”溫度很底，約在 絕對零度以上3度。雖然宇宙微波背景輻射彌漫于整個宇宙，但并 不是到處完全均勻，而是有一些波動，如同大海總在波浪起伏一樣 ，形成一圈圈微波背景輻射“漣漪”。探測這些“漣漪”的大小和 強度，可推定宇宙早期的情況，也可以推定現今宇宙有多大。 如果宇宙是無限的，那么就會有各種大小的宇宙微波背景輻射“漣 漪”。而WMAP觀察到了較小規模的微波背景輻射“漣漪”，這和 無限宇宙理論推測的几乎一致，但是大尺度范圍的“漣漪”卻沒能 觀察到。在大尺度上，微波背景輻射“漣漪”似乎被“抹平”了。 這一點意味著：宇宙可能是有限的。其道理就像在澡盆中掀不起巨 浪一樣，在一個有限的宇宙中也不會有無邊的“漣漪”。 而威克斯的比喻是：“正像一口鐘的震動不會比這口鐘本身還大一 樣，宇宙中的任何波動也不會比宇宙本身還大。” 大膽推斷來自驚人巧合 威克斯及其合作者認為，根據WMAP獲得的觀察資料看，宇宙不僅 是有限的，而且相對較小，直徑不過70億光年，并具有一種奇特的 性質，即能夠把自身反射回去。盡管宇宙是有限的，但它沒有具備 任何性質的邊界。如果一艘太空船像光一樣筆直前行，最終它將回 到出發點，就像環繞地球航行一樣，沒有任何一個點標志著你在哪 里“重返”。 由于這種奇異效應，從一個星系發出的光將沿著兩條不同的路徑抵 達地球，在地球上的觀察者看來，同一個星系將出現在天空中的兩 個不同地方，而誤認為是兩個不同的星系，具有不同的年齡。這就 如同一座鏡子迷宮，其中每一樣事物都會有許多鏡像。 但是，要確認兩個在不同地方的星系影像其實是同一個星系卻比登 天還難，威克斯說：“這就像是要在數十億擁擠的人群中認出從正 面看是50歲的樣子、從頭頂俯視則是7歲模樣的兩個人影是同一個 人一樣。” 威克斯用12個完全相同的五邊形組成的、像足球一樣的12面球體來 描述這樣的宇宙。他認為，這是對WMAP觀測資料的最好解釋。用 計算機模擬，這種模型能在不附加任何條件的情況下產生和WMAP 所觀測到的宇宙微波背景輻射“漣漪”一樣的圖樣。威克斯說：“ 它和WMAP獲得的資料驚人地契合。我都不敢相信，結果比我想像 的還要好。” 威克斯認為，由于宇宙存在“返轉”效應，我們觀察到的宇宙其實 是一種幻覺，這個12面體在無休無止地重復映現它自身，如果你從 其中一個五邊形中走“出去”，你將從其另一面重新回到同一個地 方，并一再觀察到同樣的天空、同樣的星系。 在可能空間搜尋証據 威克斯這種有限宇宙論當然還只是一種理論假設，如果它得到確証 的話，必定震撼整個世界。威克斯說：“如果我們確認宇宙是有限 的，這將是朝向更好認識自然世界的極其巨大一步。”普林斯頓大 學天體物理學家戴維﹒斯派爾蓋伊也說：“如果我們能夠証明宇宙 是有限的而且比較小，那將給人當頭棒喝，它將真正改變我們對宇 宙的看法。” 不過，多數物理學家仍然認為，盡管有限宇宙有可能是真的，但這 種可能性并不大。美國蒙大拿大學天體物理學家尼爾﹒科尼什說： “有個小空間留給小宇宙思想，但這個空間不大。” 尼爾﹒科尼什和戴維﹒斯派爾蓋伊等人還組成了一支團隊來研究有 限宇宙論中存在的問題。他們援引早先一種理論分析說，如果宇宙 像鏡子迷宮一樣能產生“返轉”效應，那么在宇宙微波背景輻射中 應能夠發現一樣的輪狀“漣漪”式樣。威克斯的有限宇宙論也預言 ，應當可以觀測到6對特殊式樣的相同輪狀“漣漪”，但是科尼什 和斯派爾蓋伊的團隊在WMAP觀測資料中沒有發現這樣的“漣漪” 。現在，他們正和威克斯一起重新審視相關資料，看看是忽視了那 種“漣漪”，還是根本不可能找到它們。 是否“有限”，几個月見分曉 威克斯的有限宇宙論模型還有另外一個檢驗方式。該模型預言，宇 宙中的物質密度──其值決定宇宙的彎曲度──等于1.013。宇宙物 質密度值如等于1，將導致完全平坦的宇宙，光線永遠筆直前行， 大于或小于1都意味著宇宙是彎曲的。目前對宇宙微波背景輻射的 觀測表明，該值范圍在1.00至1.04之間，WMAP探測器和其他一些觀 測工具將在未來几個月內給出更精確的觀測值，從而能夠驗証有限 宇宙論是符合還是背離觀測事實。 與此同時，科尼什和斯派爾蓋伊的研究團隊還在尋找相同的“漣漪 ”，試圖利用這一點研究宇宙是否可能盡管有限，卻是和12面體不 同的其他形狀。 英國劍橋大學的宇宙學家揚納﹒萊溫評述說：“12面體是一個很好 的解決方案。但是宇宙選擇如此一種完美形式是很令人吃驚的。而 且，我懷疑宇宙是否真那么小。” 目前，科尼什和斯派爾蓋伊正在用超級計算機分析WMAP觀測資料 ，并且已排除了一半以上的有限宇宙的各種可能形狀。科尼什說， 他懷疑自己的工作將無果而終，也就是說，從反面論証宇宙并不是 有限的，而是無限的。 編輯： 陳騫 來源： 國際先驅導報 作者：凌高