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地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

靜止地球是三維球體,這已是人所共知的常識。這個時候,地球表面的人,是如何直觀理解地球的長寬高,理解地球的邊緣呢?

遠古的時候,人難以在地球表面長距離活動,一般憑直覺,認為地球大地是平的,會有一些厚度、輪廓,底下會有支撐什麼的,難以想象地球是圓的。

現在我們知道,一個人站在地面,就是站在地球邊緣。一個人觸控地面,就是觸控地球邊緣。這是可以透過環球旅行進行理解與圓周運算驗證的。

所以,遠古人要問地球的邊緣在哪裡,現代人給出的答案是:地球表面的每一個地方都是地球的邊緣。

那麼,地球包裹在宇宙中,宇宙的邊緣在哪裡呢,形狀如何?這是宇宙學家還在猜測、觀測、驗證的問題,理論很多,不是每一個人都有明確答案,不是每一種答案都會得到一致認同。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

不過,根據地球表面,每一個地方都是地球邊緣這個經驗。有人就想到,會不會,宇宙的邊緣問題也有類似的情況?

——三維的地球,邊界是二維的面,那麼四維宇宙的邊界,會不會就是三維的?如果是三維的,那麼,要到達宇宙邊緣,只要伸手觸控立體空間中的任何一點就可以了。

如果按這個說法,那麼,這意味著宇宙空間中宇宙物質上的每一點,都位於宇宙邊緣上。這似乎也相當於說,宇宙沒有邊緣,宇宙是無邊無際的。這也是為宇宙邊界的傳統流行看法——認為宇宙邊界是無邊無際的,沒有邊緣這種觀點,提供了一種理解思路。

關於宇宙邊緣在哪裡這個問題,這種說法的結論就是:不管宇宙是不是無邊無際,我們伸手就可以觸控到其邊緣。其邊界就是三維空間。這好比說,儘管我們一時不知道地球的表面積有多大,但是我們觸控某個地方的地面就能觸控到地球的邊界。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

那麼,維度之間的邊界關係怎樣?

一維,就是線,一維物體的邊界是零維的點。比如,線段上的邊界是兩個孤立的點,觸控其中一個點,就是觸控一維物體的邊緣。

二維,就是面,二維物體的邊界是一維的線。比如一個圓形面,其邊界是一個圓周。沿圓周運動就是邊界,觸控二維圓周上的每一個點就是觸控圓面的邊緣。

類推一下。

三維,就是體。三維物體的邊界是二維的面,比如球體的邊界是球面。球面上的每一個點都是邊緣。

那麼,對於四維空間,四維物體難以直觀想象,於是類推為,四維物體的邊界應該是三維的體,三維空間的每一個點都是邊緣。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

以上類推,看起來沒有毛病,理解、應用起來其實容易產生錯誤。

比如,二維的物體,一張矩形紙是二維的,可是一個氣球,球面也是二維的,和三維有一些傻傻分不清楚。

而宇宙時空,一個由時間與三維空間組成的東東,與理論上的純粹四維空間是有差別的。但是四維空間本身難以想象,二者的差別也就難以想象。要理解這種差別,就類似於理解氣球“二維球面”與氣球“三維球體”的差別。好比說,宇宙的四維時空是虛的,純粹的四維物體則是實的。

於是,從三維物體的邊界問題,類推到四維時空的邊節問題時,出現了理解錯誤。

宇宙是四維時空,不是四維空間,二者是有差別的。宇宙空間本質上是三維空間加一個特殊的時間維度。而理論上的四維空間,沒有對應的物體。

如果僅僅從上面維度間的邊界關係,那麼,可以發現,有這樣一個思路:

當人觸控一維線段邊緣,也就是兩個端點的時候,你就觸控到了二維的面——但這是二維面本身,並不是一定是二維物體的邊界。

當人觸控二維物體的邊界時,比如矩形線框,你也觸控到矩形線框所在三維物體的表面邊界——但這是在矩形線框位於三維物體表面的情況下才成立。

於是,可能類推,當人觸控三維物體的邊界時,比如地球的邊界即地球的表面時,是不是也觸控到了四維時空的表面呢——

似乎成立。於是有一種說法,就是說,我們地球表面的可見的物體表面,就是宇宙的邊緣。任何物質的表面都是宇宙時空的邊界。

但是,從上面思路的加粗字型知道,二維到三維的推理不成立,三維到四維的推理,儘管細節不清楚,我們也相信,推理不成立。

所以,物質表面就是宇宙邊緣的說法是錯誤的。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

那麼,正確的宇宙邊緣是什麼樣,在哪裡呢?

首先這個邊緣是不好簡單直觀想象的。

我們要知道一個三維物體的邊緣,首先知道它的體積。就是長寬高的關係。

而對於宇宙這樣的四維時空,我們對其長寬高,只能用光去長量。可我們已經分析過,不考慮測量點本身物質天體存在對測量可能產生的影響,只考慮理想狀況下,一束直線的光射向太空、宇宙空間,去計算它所走過的路程,最後我們發現這個光源,會回到起點。

也就是光走過了一條彎曲的線路,所測得的長度,在三維空間是準確的。我們無法根據這個長度,構建出一個宇宙的三維模型。也就是無法找到宇宙三維模型的邊界。

而真正的宇宙四維時空邊界,可以這樣理解—一個天體或者一個宇宙物質,如果它要想到達宇宙邊界,那麼,它可以以一個點為中心,向任何方向進行無數次嘗試,可以看看它會經歷什麼?

在幾百億光年的旅程中,它將耗盡它出發時物質形態本身的生命週期,有機物會回到無機物,無機物會回到微觀粒子,天體會演化。這是一個物質層級旅行的概念。

也許它到達過,也肯定到達過我們思維習慣中的三維邊界。但是,連光也不可能突破的三維邊界,這個三維邊界的想法是沒有意義的。

任何試圖向邊界方向進行的旅行,最後都會回到起點。這種旅行必然與物質層級演化概念有關。

所以,我們可以得出,尋找宇宙邊緣的想法,其實要和物質形態的演化聯絡起來,才有實際意義。這好比,我們都知道地球是球體,可以環球旅行得有交通工具一樣。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

而理論上,宇宙的模型,比較一致的看法是,宇宙是有限無界的動態四維時空。人似乎目前沒有辦法丈量清楚,去的光、電磁波會轉彎,接收的光、電磁波最遠有約900億光年。一切都是動態的,不像地球,有一個靜態的表面。實際上,嚴格說來,地球表面萬物生長、地質演化,也是動態的。這一點與宇宙時空邊界應該非常像。

可以把每一個物質,都看成有機會到達邊緣的存在物,一切都是時間問題。那裡一定是有限的。

所以,當人觸控一個物體的時候,可以說也是觸摸了宇宙物質世界的邊緣物體,但需要等待時間,它才有可能到達某個參照物確定的真正意義上的宇宙邊界。

宇宙四維時空的邊緣只有相對概念。一定要給它一個三維模型邊界的想法沒有意義。

可觸控,又不可觸控,這就是宇宙時空的神奇之處。

地球的邊緣在地面,那麼,宇宙的邊緣在哪裡呢?

對於這個難以直觀想象的宇宙邊界解釋,您有什麼看法,歡迎留言討論。

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