那些人类已知的未知问题劳伦斯·M.克劳斯

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那些人类已知的未知问题劳伦斯·M.克劳斯

第2章
空间
空间有终结吗？
存在最短的距离吗？
存在隐藏维度吗？
空间的几何结构是什么样的？
空间是基本的，还是演生的？
引自《银河系搭车客指南》，道格拉斯·亚当斯著，姚向辉译，上海译文出版社（2011）。——译者注
太空很宽广。实在太宽广了。你根本没法相信它广袤无垠、漫无边际、令人张口结舌地宽广到了什么程度。我是说，你或许觉着一路走到药房已经很远了，但对于太空而言也就是粒花生米而已。——道格拉斯·亚当斯
把三粒沙放进一座巨大的教堂，教堂里的沙子就比太空里的星星还要密集。
——詹姆斯·金斯（James Jeans）
你与空间建立联系的方式让它变得如同雕塑一般。
——伊莎贝尔·于佩尔
在我回答有关宇宙学的问题时，常常有人问我，宇宙是不是无限的，如果不是，那宇宙之外又是什么。这些问题问起来容易，回答起来却很难，并不是因为我们没有好的想法，而是因为如实以答需要更多篇幅的解释，不是寥寥数语就能概括的。那我们就开始吧。
第二个问题的答案至少比较容易概括，尽管可能更难描绘。如果宇宙是有限的，那“外部”这说法就没有实际意义了。想想最简单的有限宇宙，也就是一个球状对称的“封闭”宇宙——这是一种三维几何，而它对应的更低维的二维球面更容易描绘。
通常我们认为这样的球面将空间划分成两个区域，分别是球的内部和外部。但这只不过是因为我们将二维球面嵌入了一个更高维的空间中。如果我们把自己限制在二维上，那球面就是全部了。它没有边缘，没有内部，也不存在外部。如果你在球面上行走足够长的时间，你就会回到开始的地方。
就像气球一样，它可以变大，但表面并不会膨胀“进”任何地方。它只是在膨胀而已。如果你在表面上画上多个小圆点，随着表面增大，每个点都会远离其他点，没有点会靠近其他点。
如果我们的宇宙是封闭的，那它只是比这种球面高一维的版本。它是弯曲的，因为如果你选择三个互相垂直的轴，在一点处标记成x、y和z，然后沿着定义它们的直线向外延伸至任何方向，它们最终都会指向与之前不同的方向。这定义了三维空间中的曲率。这不是我们可以直观想象的东西。
同样，一个平直的宇宙并不是像煎饼那般平坦，而是定义了我们一般在思考空间时想象中的“可感知的”空间。在这个空间中，三个互相垂直的轴在任何地方都不断指向同一个方向。
空间几何如果是弯曲的，则还有一个选项。它可以有所谓的负曲率。在二维空间中，一个负曲面看起来就像一个马鞍，但它向着各个方向无限延伸。这种几何形状被称为开放空间。
通常情况下，封闭空间的大小是有限的，而平直空间和开放空间则是无限的。对于这些无限的空间，虽然人们不必担心“外面”可能是什么的概念问题，但无穷大的空间膨胀的概念确实相当考验想象力。

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作者: [美]劳伦斯·M.克劳斯
出版社: 中信出版集团
出品方: 鹦鹉螺
原作名: The Known Unknowns
译者: 刘小鸥
出版年: 2024-3
页数: 228
定价: 59.00元
那些人类已知的未知问题劳伦斯·M.克劳斯