仰望晴朗的夜空,你会看到各个方向的星星,感觉就好像自己是宇宙的中心。但是你是吗?如果不是,那么宇宙的中心在哪里?事实上,宇宙没有中心。自从138亿年前宇宙大爆炸以来,宇宙一直在膨胀。但是,尽管如它的名字,大爆炸并不是一个爆炸,爆炸从一个中心点爆炸。宇宙开始非常紧凑和微小。然后宇宙中的每一个点都同样地膨胀,直到今天。所以,如果没有原点,宇宙就没有中心。
宇宙浩瀚无垠,但中心究竟在哪里?结果是没有。图片:Shutterstock
博科园-科学科普:一种思考方法是想象一个二维的蚂蚁,它生活在一个完美的球形气球的表面。从蚂蚁的角度来看,表面上到处都是一样的,球体表面没有中心,也没有边缘。如果给气球充气,蚂蚁会看到它的二维宇宙膨胀。在表面画点小点,它们会相互远离,就像我们真实宇宙中的星系一样。对于这个二维宇宙中的蚂蚁,任何与气球表面垂直延伸的三维空间:比如进入气球的中心——都没有物理意义。
俄亥俄州立大学的天体物理学家Barbara Ryden说:它知道它可以向前和向后,但它没有上上下下的概念。我们的宇宙是蚂蚁的二维气球世界的三维版本。但是气球类比,由于其表面积有限,代表了一个有限的宇宙,宇宙学家仍然不确定是否属于我们自己。受宇宙大爆炸以来光线走过程度的限制,宇宙学家的观测只能对宇宙有限的一瞥,但整个宇宙可能是无限的。
如果是这样的话,那么可以用一个扁平的、膨胀的橡皮布来代替气球。如果你想想象一个三维的宇宙,想象一个无限的葡萄干面包在不断地膨胀。在这种情况下,葡萄干代表了相互远离的星系。如果宇宙是无限的,那么就没有中心。宇宙是平坦的还是弯曲的,取决于宇宙中的质量和能量总量。如果宇宙的质量和能量密度正好在所谓的临界密度上,那么宇宙就会像一张纸一样平,以稳定的速度膨胀。但是如果密度更高,宇宙就会像气球一样弯曲。密度增加所带来的额外引力会减缓宇宙膨胀,最终导致这种增长停滞。
与此同时,在小于临界密度的情况下,宇宙膨胀将会加速。在这种情况下,宇宙会有负曲率,形状有点像马鞍。然而,它仍然是无限的,因此没有一个中心。到目前为止,理论上的想法和观察——比如宇宙微波背景辐射,大爆炸后的余辉——指向一个非常平坦的宇宙。但是宇宙学家仍然不能确定宇宙是否真的是平坦的,或者如果曲率是如此之大,宇宙只会看起来是平的——类似于地球表面上的平坦感。
宇宙没有中心,而且没有边缘——与宇宙学原理一致,即宇宙中没有地方是特殊的。观察星系团如何分布以及宇宙微波背景揭示了一种宇宙,当你缩小足够远的距离时,确实在任何地方看起来都是一样的。纵观历史,人类曾错误地认为我们是在宇宙的中心或靠近宇宙的中心——无论那个中心是地球,太阳,甚至是银河系。但不管我们人类认为自己有多特别,宇宙迄今为止都表现出了不同的样子。
博科园-科学科普|文:Marcus Woo/Live Science