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66661周前
气球比喻助懂无中心膨胀亦易误导需取舍谨慎。你或许在科普书NASA讲解或大学宇宙学课上见过这个比喻,在气球表面点上星系给气球充气,点与点彼此远离。不是因为他们在表面上滑动,而是表面被拉伸,于是得到一个无中心向各项扩张的宇宙。看似简单明白说他好,是因为这是少数能让人直观理解无中心也能整体变大的方式之一。说他坏是因为他暗藏误导。 一、真是气球有球心,你手里握着它朝外部变大,宇宙没有对应的外部中心,空间并不是向什么东西里扩张,扩张发生在空间自身的度量上,而不是穿过更大的盒子。 二、三维度错觉,气球表面是2D,现在3D空间,我们的宇宙是三维空间,随时间演化。我们说变大是说两点间的测量规则在变,而非星系在虚无中穿行,有线而无边,这点倒是贴切。若你是气球表面的二维生灵,可以一直走,最后回到原处,不会遇到边,这对应一种闭合且无边界的宇宙模型。 不过我们并不知道宇宙是否闭合,Planck等数据表明宇宙极接近平直,这可能意味着无限延展,也可能是更怪的平直。但多重连通的拓扑六气。忽略了时间时,气球顺滑鼓起,看不到宇宙真实的加速时,减速时也当然不能体现暗能量。尽管有缺点,它仍好用配合葡萄干面包类比,帮助我们建立与直觉相反的观念。宇宙可以无中心的增长,但该丢的时候要丢下它,宇宙并不像任何别的东西,它不嵌在更大的空间里,也不是某点爆开。 大爆炸发生在每一个地方,把气球当成辅助轮,先靠它保持平衡,终要面对宇宙真正的陌生。 大爆炸这个词本身就容易误导,仿佛宇宙里有个巨型火球,在空无中爆开,物质向外掀飞。若你据此去问大爆炸在哪发生,会永远走错路,因为没有常规意义的爆炸。没有爆点,没有TNT碎屑洒进空间。大爆炸不是在空间中的爆炸,而是空间本身的急速膨胀。明白这一点在哪发生,这个问题就失去意义。 回到最初,在星系原子甚至光子成型之前,宇宙处于炽热之密,几乎均匀的能量粒子态。它不是一堆东西飘在空间里,而就是空间是本身的态。 今天直径约460亿光年的可观测宇宙曾被压缩在一个更小的尺度中。它不是向外爆开而是处处开始扩张。当时的每一个点都对应后来宇宙中的每一个点。因此大爆炸不在某处发生,而是在空间结构本身发生。这这就是广义相对论登场之处。爱因斯坦场方程描述的不是爆炸,而是在能量动量存在时,空间与时间如何演化。其中一个解,即弗里德曼厄梅特罗伯逊沃尔克杜圭,描述了一个均匀各项同性随时间扩张或收缩的宇宙。这就是大爆炸
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