宇宙為什么是這樣的？科學家們用了很多方式去探索并解釋“宇宙“，這導致產(chǎn)生了一些聽起來很瘋狂的想法。

量子氣泡和多重宇宙。(圖片來源: Juergen Faelchle)

宇宙為什么是這樣的？多年來，科學家們已經(jīng)嘗試了很多種思路去解釋我們的宇宙和它的未來。以下有一些非常奇妙的想法，從涉及宇宙漂浮在更高維空間的膜世界圖景，到描述這種膜與另一種膜碰撞形成一個全新宇宙的“大爆炸”。

膜世界

宇宙弦，弦理論，抽象的背景(圖片來源: Shutte)

宇宙是三維的，有三個垂直的方向可以移動這是理所當然的。然而，一些理論提出了另一個空間維度。因為它在另一個垂直方向，這是我們無法直接感知到的。這個高維空間被稱為“體”，而我們的宇宙是一個漂浮在體內(nèi)的三維薄膜，或“膜”。

盡管聽起來很復雜，但是膜世界圖片解決了很多物理學中的問題。例如，哈佛大學的理論物理學家Lisa Randall和馬里蘭大學的Raman Sundrum提出了一個解釋亞原子力不對稱的膜世界版本，暗示存在著與我們平行的其他膜。但是，只用一個理論解釋我們已經(jīng)知道的事實是不夠的，它必須做出可以通過實驗檢驗的新預測。就Randall-Sundrum模型而言，這種測試可能涉及到測量由黑洞發(fā)出的引力波，這些黑洞將一個膜連接到另一個。

2.大爆炸

藝術(shù)家對多個“膜世界”的印象。當兩樣事物碰撞時，它們可能創(chuàng)造一個新的宇宙。

（圖片來源：沒干過國家航空航天局）

在遙遠的未來，星系最終會漂移非常遙遠的距離，以至于一個星系的光永遠無法到達另一個星系。事實上，隨著恒星變老和死亡，有一天會出現(xiàn)沒有光或熱的情況。宇宙將成為一個黑暗、寒冷和空虛的地方。這聽起來像是世界末日，但是根據(jù)理論，它實際上是下一個宇宙的開始，是一個無盡重復的循環(huán)。還記得膜世界理論嗎？這就是當一個冰冷、空曠的膜與另一個膜對撞時發(fā)生的情況?？梢哉f假如有更多時間，最終它一定會發(fā)生。宇宙學家Neil Turok 和 Paul Steinhardt認為這樣的碰撞將產(chǎn)生足夠的能量來創(chuàng)造一個全新的宇宙。他們將此稱為“火劫理論”，盡管物理學家Michio Kaku將其稱為大爆炸更有說服力。

3.充滿等離子體的宇宙

大爆炸后宇宙膨脹的圖示。

(圖片來源: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

宇宙大爆炸仍然是許多科學家的首選理論，它得到了兩個關(guān)鍵觀測數(shù)據(jù)的支持-宇宙的膨脹和宇宙微波背景（CMB）。大爆炸之后，宇宙急劇縮小變熱，充滿了像太陽一樣發(fā)光的等離子體。我們?nèi)匀豢梢钥吹竭@個超熱階段的結(jié)束，其形式是充滿整個空間的輻射海。在這幾十億年的時間里，宇宙的膨脹使輻射冷卻到了華氏零下454度（攝氏零下270度），但它仍然可以被射電望遠鏡探測到。

CMB在每個方向看起來幾乎都一樣，如果宇宙一直以目前的速度膨脹，這就無法解釋說明了。許多科學家認為，在宇宙大爆炸后的幾分之一秒內(nèi)，它經(jīng)歷了一段短暫的極速 "暴脹"，體積突然從亞原子尺度膨脹到幾光年。

4.全息的宇宙

一個星球上空的全息圖的抽象圖像。

(圖片來源: Shutte)

安全全息圖基本上是一個二維物體編碼成一個完整的三維圖像。根據(jù)這一理論，整個三維宇宙可能被“編碼”在其二維邊界上。這聽起來可能不像生活中模擬器里面那樣令人興奮，但這個理論的優(yōu)點是它在科學上可被檢驗。2017年英國南安普敦大學的研究表明，它與觀察到的CMB波動模式一致。

5. 穩(wěn)態(tài)的宇宙

宇宙在一個氣泡內(nèi)膨脹的藝術(shù)形象。

(圖片來源：Shutter)

美國宇航局表示，大爆炸是我們對宇宙如何開始的最佳猜測。過去它的密度較大，而未來它的密度會變小。并非所有的科學家都對此感到滿意，所以他們想出了一個方法讓密度保持恒定，甚至在一個不斷膨脹的宇宙中。這個辦法涉及到以每百萬年每立方米約三個氫原子的速度不斷創(chuàng)造物質(zhì)。這個模型隨著CMB的發(fā)現(xiàn)而失寵，這是緣于這個模型不容易解釋。

6. 多重宇宙

多重宇宙

我們的宇宙只是龐大的多元宇宙中的一個氣泡嗎？

(圖片來源：VICTOR DE SCHWANBERG/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

在關(guān)于大爆炸的傳統(tǒng)觀點中，為了解釋CMB的均勻性，有必要假設早期的超速膨脹，即暴脹。一些科學家認為，當我們的宇宙從這一膨脹階段中掉出來時，它只是膨脹的空間中海洋里的一個小氣泡。在這個由Paul Steinhardt提出的被稱為 "永恒暴脹 "的理論中，另外的氣泡宇宙在暴脹海洋的其他地方不斷涌現(xiàn)，整個組合構(gòu)成了一個 "多重宇宙"。

這個理論變得更加奇怪，因為其他宇宙沒有理由擁有與我們相同的物理定律。有些宇宙可能有更強的引力，或者不同的光速。雖然我們不能直接觀察其他宇宙，但可以想象其中一個宇宙可能會與我們的宇宙發(fā)生碰撞?？茖W家們甚至認為CMB中的 "冷斑 "是碰撞產(chǎn)生的印記。

7. 我們理解錯了引力

銀河

我們的銀河系是被暗物質(zhì)所包圍，還是引力理論有誤？

(圖片來源：歐洲空間天文臺)

宇宙的理論取決于對引力的準確理解，這是物理學中唯一在非常大的尺度上影響物質(zhì)的力量。但僅靠引力無法解釋某些天文觀測。如果我們測量一個星系外圍的恒星的速度，如果唯一阻礙它們的是可見星系的引力，那么它們的運動速度就會太快，無法保持在軌道上。同樣，星系團似乎被一種比可見物質(zhì)的引力所能解釋的更強大的力量固定在一起。

有兩種可能的解決方案。大多數(shù)科學家贊成的標準方案是，宇宙包含看不見的暗物質(zhì)，它提供了缺失的引力。特立獨行的替代方案是，我們的引力理論是錯誤的，應該被一種叫做修改的牛頓動力學（MOND）的東西所取代，科學家們于2002年在《天文學和天體物理學年度評論》雜志上提出。MOND和暗物質(zhì)與觀測結(jié)果同樣一致，但尚未被證實，需要進行更多的實驗。

8. 超流質(zhì)時空

一個抽象的時空超流體的插圖。

(圖片來源: Shutterst)

即使空間只有三個維度，仍然有一個以時間形式存在的第四維度，所以我們可以想象宇宙存在于四維時空。根據(jù)一些理論，比如國際高級研究學院的Stefano Liberati和路德維希-馬克西米利安大學的Luca Maccione在物理評論性文學雜志中提出的理論。這不僅僅是一個包含恒星和星系等物理對象的抽象參照結(jié)構(gòu)，而是一種物理物質(zhì)本身，類似于水的海洋。就像水是由無數(shù)的分子組成的一樣。時空，根據(jù)這一理論是由我們的儀器所不能達到的更深層次的現(xiàn)實中的微觀粒子組成的。

9. 模擬理論

模擬理論

根據(jù)一些哲學家的觀點，宇宙是計算機生成的幻覺投射到我們的大腦中。

(圖片來源: Mads Perch via Getty Images)

到目前為止，所有的理論都來自科學家。但這里有一個來自哲學家的理論，如果所有關(guān)于宇宙的信息都通過我們的感官和科學儀器進入我們的大腦，誰能說這不是一個巧妙設計的幻覺呢？整個宇宙可能只不過是一個極其復雜的計算機模擬。這是一個由 "黑客帝國 "電影推廣的想法。盡管這個想法聽起來很離奇，一些哲學家還是很嚴謹?shù)膶Υ?。然而，它沒有通過真正的科學理論的測試，因為它沒有辦法被證明是真是假。

10. 宇宙的自我表現(xiàn)

樹，一個晴空萬里的夜晚，星星在運動。

(圖片來源：Jose A. Bernat Bacete via Getty Images)

物理學定律涉及少數(shù)基本常數(shù)，它們決定了重力、電磁力和亞原子力的強度。據(jù)我們所知，這些數(shù)字可以有任何可能的值，但如果它們稍微偏離它們實際擁有的數(shù)值，宇宙將會有很大的改變。對我們來說最重要的是，我們所知的生命，當然包括我們自己將不復存在。有些人認為這是宇宙被有意識地設計的證據(jù)，以使類似人類的生命得以進化。所謂自我中心的人類學理論，由Nick Bostrom在他的書 《人類學偏見》中提出。

BY: Andrew May

FY:詩涵詩涵

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