从“视读宇宙学”仰望宇宙的边缘

以面包和蛋糕等物品比喻宇宙的膨胀，人们容易理解和接受，星系之间没有发生彼此在相反方向上的运动，星系之间的时空在某种暗作用力的驱动下产生了膨胀，从表面上看，星系之间发生了彼此背离的运动，星系之间的时空膨胀才是内在的本质。宇宙星系只是搭乘了宇宙时空的“飞毯”，从暗能量在宇宙膨胀中占主导力量的时刻，所有的星系开始了一次旷日持久的“免费旅行”。

但形象化的比喻存在明显的缺陷，人们很容易联想到一个膨胀的沙滩皮球或一块膨胀的面包扩大到了什么程度，皮球或面包在空气中只能膨胀到非常有限的体积。沙滩皮球带有一层硬质的外皮，蛋糕和面包覆盖一层美味可口的脆皮，比喻宇宙膨胀的物品有一个看得到的球面，皮球和蛋糕的扩充程度十分有限，它们很快就扩大到最大的边界。

物品扩大的内在意识影响了人们对宇宙膨胀的理解，对宇宙膨胀的类比可能无助于对问题的阐明，人们可能被某种潜意识的“花招”或潜在的无意识蒙蔽了，难以充分理解在宇宙膨胀过程中究竟发生了什么。比如：当人们以蚂蚁在沙滩皮球上的爬行作为类比时，有些人首先想到的问题是“为什么选用了蚂蚁？为什么要将吹大的沙滩皮球类比为宇宙，要将蚂蚁比作宇宙的星系和星系团？”。

有些人说宇宙的中心在这里、在那里，在沙滩皮球的中点，在听到宇宙中心的种种说法之后，有些人会情不自禁地跳出来，极力要纠正其中的错误。用各种类比说明宇宙的膨胀，总会显得美中不足，比如：以吹大的皮球或气球比拟一个迅速膨胀的宇宙，宇宙的外表好似沙滩皮球的表层，然而，皮球表面没有一个中心，好像地球表面没有一个中心，人们只要愿意，可以把地表面的任何地点看成是地球的极点，或者说地球上的两个极点可以任意的设定。

在沙滩皮球的模型中，整个宇宙有了一个二维的表面，在上面爬满了“愚笨”和“盲从”的蚂蚁，蚂蚁群聚，彼此靠拢，争先恐后地向前爬行，但它们一次次的努力失败了，蚂蚁爬行的速度赶不上宇宙的膨胀率，无论怎样，这是一个二维的宇宙模型，但地球人有一双“心灵之眼”，人们立刻意识到宇宙膨胀进入了第三个空间维度，这是蚂蚁群体不会进入的领地。

蚂蚁不能跳进第三个空间维度，它们只能在二维的世界里爬来爬去。第三维度引入了一个伸展的方向，好似“沙滩皮球”的宇宙表面沿着第三维度不断膨胀。人们所在的宇宙实际上是一个三维的空间维度，不仅如此，弦理论家预测了额外空间维度的存在，而三维空间以外的额外空间极其狭小，科学家目前根本发现不了它们。不排除第四空间维度存在的可能，“第四空间”引入了一个宇宙伸展或膨胀的方向，我们所在的宇宙也许沿着第四个方向发生着看不见的膨胀。

也许有，也许没有，科学家目前没有观测到第四空间维度，但“天生我才必有用”的数学家给出了空间第四维存在的理由，我们所在的3D宇宙可能在4D的空间维度发生着膨胀。可以想象宇宙在第四维空间的膨胀有一个边界，好像2D的沙滩皮球面有一个界面一样。为宇宙设定一个额外的维度，这需要得到天文观测的证实。

也许不必要设定一个新的维度，第四维空间环绕在我们宇宙的周围，可能是多此一举的设定。人们已有一套完整和统一的数学工具，仅使用通常有效的三维空间就很好地描述了宇宙的膨胀，这意味着不需要设想一个边界，或不需要指定一个膨胀的指向参考物，人们就能得到对宇宙膨胀的感知和认识。物理学家和数学家非得从数学工具上找出更多额外的空间维度，他们的尝试是一种科学精神的体现。

在深刻的宇宙空间和宇宙膨胀问题上，人们常有不知所措的感觉，一个个的难题摆在面前，好像人们在人际关系中时常设问，某个人“总是这样，为何不是那样”，科学家在宇宙的维度和膨胀问题上时常设问，“总是这样，为何不是那样”。使用数学语言是科学的最美妙之处，以数学语言描述和理解难以描述和理解的宇宙，科学家创造和使用了宇宙学的概念，他们有一天却发现，人类的大脑居然不能简单地认识和处理它们，人们从对自然现象的感知中提炼出刻画自然本质的概念，但对自然本质的感知和认识决不是一件轻易的事情。

（编译：2016-6-16）

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