宇宙到底是无限的还是有限的?在如今依然能够接收到的宇宙最原始信息中,有一种叫作宇宙微波背景辐射。这是宇宙诞生后的第一秒就存在的电磁辐射,从这种辐射携带的信息中我们能够计算出,宇宙的年龄大概为138亿年前。另一个神秘现象是哈勃红移,根据这个现象我们得知,宇宙中的大部分星系都在远离银河系,并且距离越远,速度越快。这意味着宇宙时空正在膨胀,并且经过计算,其膨胀速度已经超过光速。将宇宙膨胀的速度按照138亿年反向计算,我们得出宇宙诞生前的体积小于一颗原子,这就是宇宙大爆炸理论的来历。

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但是问题也显而易见,如果宇宙从大爆炸中诞生,那么在任何一个固定的时刻,宇宙就一定是一个有限有界的时空。不过,这一切的数据都来自我们当前对宇宙的观测。意思是说,我们观测到的宇宙并不是全貌,只是可观测的一部分,超出视界的那部分到底有多大,我们并不知道。以人类目前对宇宙的理解,超出视界范围的时空很可能比可观测宇宙还要大数十倍,甚至数万倍,那么宇宙大爆炸的理论就是完全错误的。

如果宇宙并不是由奇点爆发形成的,为什么我们计算出的年龄是138亿年呢?这要从真空衰变说起。根据量子力学中的希格斯机制我们发现,宇宙时空并不是一个零势能的绝对真空。真空涨落和质量扭曲时空的现象,说明时空中携带着巨大的势能,暗能量或许就是这些势能在三维空间中的质能体现。熵增的本质就是从无序向有序,从不稳定向稳定演化。携带巨大势能的空间也同样需要遵守这个规则,所以时空会持续膨胀,以稀释能量的方式向更低势能的空间靠拢。

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然而,时空也许等不到完全稀释就会毁灭。在量子力学中还有两条规则,量子的不确定性和量子隧穿原理。当微观粒子的位置不确定且发生了量子隧穿,粒子就有一定可能突破势垒进入绝对真空,那么时空就可能会撕裂,并以光速向整个宇宙扩散。这个过程就叫真空衰变,时空在这种情况下几乎相当于从三维降到了二维,任何物质都会被还原成基本粒子,其状态和宇宙诞生后一秒内的等离子态一样。

换个角度想想,我们所在的这个宇宙是否也曾发生过真空衰变呢?如果在138亿年前宇宙由一个更高势能空间衰变而来,微波背景辐射也同样会存在。就算宇宙在诞生时本就是一个巨大无比的空间,由于其并不处于最低势能,所以宇宙仍会继续膨胀。那么更难以理解的问题就来了,如果宇宙由真空衰变而来,它到底有没有边界呢?

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实际上,我们可以将真空衰变理解为降维。比如三维宇宙发生真空衰变时,其衰变方向与黑洞奇点的方向一致。我们知道黑洞的事件视界可以被看成已经衰变后的时空,是一个时空封闭的结构,相当于剥离了一个维度的莫比乌斯环,任何能量和物质进入其中均会陷入永久循环。也就是说,三维宇宙衰变后相当于一个二维球面。同理,四维空间衰变后的三维空间其实就是一个四维球面。与二维球面一样都是有限无界的几何状态,那么三维宇宙就是一个有限的空间,却始终不会有边界。