如果我问你——宇宙有多重？你也许会笑着反问我：宇宙不是无限的吗？无限的东西怎么可能有重量呢？但问题是——我们真的确定宇宙是无限的吗？很多人从小就有一个几乎本能的认知：宇宙是无限的。夜空没有边界，星系一层接一层，光年之外还有光年。好像你走到哪，前面都还有“更多”。可你有没有想过——“无限”这个词，其实从来没有被真正观测过。我们真正能看到的，只是一个有限的范围。而就在2023年，一篇发表在《皇家天文学会月刊》的研究，做了一件在宇宙学界非常“危险”的事情：他们打破了常规，没有预设“宇宙无限”这个公理。他们只盯着我们能看到、能测量的那一片宇宙，抛开哲学式的“假如”，直接提出了一个很物理、非常现实的问题——如果我们像科学家研究一个天体那样，把整个可观测宇宙看作一个巨大的物理对象，它的总质量是多少呢？
这听上去像科幻小说，但实际上，这背后是严肃的科学，是基于广义相对论的精确计算。先说一个我们熟悉的概念：可观测宇宙。现代宇宙学认为，宇宙诞生大约138亿年前。光从大爆炸之后开始传播，但光速是有限的，光线也只能在有限的时间里传播出有限的距离。所以，从宇宙诞生到现在，在我们的方向上，光传播的极限距离，就形成了一个无形的球体。这不是想象中的边界，而是自然而然形成的“视界”，也被称作“宇宙视界”或“哈勃半径”。在这个巨型球体之中，有数以千亿计的恒星和星系。更重要的是，这不是简单的“想象之物”，也不是科学幻想，而是实实在在存在于物理世界、受到引力约束的一个巨大系统。既然如此——我们为什么不能问一句：这个球体的质量是多少呢？
在标准宇宙学模型里，我们默认宇宙空间是无限延伸的。如果空间无限，密度又不是零，那总质量自然就是无限。但这其实是一种“先假设”。这篇论文做的事情很简单：它不去讨论无限宇宙。它只讨论“我们已经看到的全部”。然后他们引入了一个很基础，但平时很少这样用的概念——引力半径。你可能更熟悉它的另一个名字：黑洞半径。或者说“史瓦西半径”。简单来说，只要一个系统有质量，你就可以计算出一个对应的“引力尺度”。如果把这个系统的整个质量压缩进这个半径以内，根据爱因斯坦的广义相对论，时空结构就会发生剧烈变化——这个系统会变成一个黑洞。但论文并没有说宇宙是黑洞。它问的是一个更聪明的问题：如果一个系统的引力半径，刚好和我们观测到的宇宙尺度差不多，那么这个系统的总质量应该是多少？这就像反向解题。已知半径，求质量。
当他们把宇宙的观测尺度代入公式之后，得出了一个数字——可观测宇宙的总质量，大约是：6 × 10²²个太阳质量。但重点不是它有多大。重点是——它是有限的。不是无穷，不是模糊，不是“没意义”。而是一个清清楚楚可以计算、可以比较、可以讨论的物理量。真正精彩的地方来了。主流宇宙学告诉我们：宇宙在加速膨胀。而为了让方程成立，我们引入了一个神秘的东西——暗能量。它占宇宙能量密度的将近70%，但我们不知道它是什么。就像往账本里填一个“未知支出”，只为了让数学平衡。而这篇论文发现——如果你把这个“有限质量的宇宙”放进广义相对论框架中，它本身就会自然表现出一种加速膨胀行为。也就是说——不需要额外加入暗能量，宇宙的整体质量加上时空结构本身，就能产生类似效果。
但这篇论文真正撼动的，不是某个参数。而是一种思维习惯。我们习惯说：“我们只研究可观测宇宙，整体宇宙无限，没必要讨论。”但问题是——如果我们看到的全部，其实已经构成一个完整系统呢？你可以想象一个场景。假设你生活在一个巨大雾气球体内部。你能看到的，就是这个球体的全部内容。你会不会默认：“外面一定还有无穷世界”？也许有。但物理学能做的，是从你能测量的内容出发。这篇论文的态度很物理：不谈哲学，只谈可计算的量。那宇宙到底是不是无限？这篇论文没有直接回答。它只是告诉我们——“无限”不是必须的前提。宇宙可以是一个有限质量系统，并且在这种框架下，它的行为依然能解释观测现象。这意味着什么呢？意味着我们可能误把“数学方便”当成了“物理现实”。在很多理论中，假设无限是因为好算。但好算，不代表真实。再往深一点说。
如果宇宙真的有一个整体质量，那我们讨论的就不再是“碎片宇宙”，而是一个整体物理对象。它有总质量，有引力尺度，有整体动力学。它不是无限延伸的背景布。它本身就是舞台。这件事为什么“危险”？因为它触碰了一个长期默认的前提。就像你突然问：“地球真的一定是平的，还是我们只是在一个局部平面上？”当一个默认前提被动摇，整个叙事都会发生变化。也许宇宙并没有无限逃逸。也许它正在自身的重量之中展开。也许我们所能看到的一切——不是宇宙的一小块碎片，而是一个完整系统给我们的全部线索。当你下次抬头看星空时，可以换一个角度想一想：你看到的，不是无尽的虚空。而是一个有总质量、有整体结构、正在演化的巨大物理对象。对此，你们怎么认为呢！欢迎大家踊跃讨论，感谢大家观看，我是探索宇宙，我们下期再见。
热门跟贴