與哲學(xué)家熱衷于討論什么是“無”一樣，物理學(xué)家也在探索空無一物的空間。但物理學(xué)家探索的“無”，和哲學(xué)家語境中的“無”，并不完全一樣。
看上去，空間之于我們，就好像水之于魚。如果我們把水中的物體悉數(shù)清空，魚眼中就空無一物了。但空間的情況要更復(fù)雜一點(diǎn)。
宇宙非?？諘?。平均每立方米的太空中，大約只包含一個(gè)原子，遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室中最好的真空狀態(tài)來得稀薄。但是即便是100%的真空，依然擁有能夠讓引力波得以傳遞的韌性。不僅如此，空間本身也擁有某種奇特的能量。
20年前，人們發(fā)現(xiàn)大尺度的空間中存在一種力。這種力量使得宇宙加速膨脹。宇宙的加速膨脹讓科學(xué)家吃驚不已。雖然人們?cè)缦纫呀?jīng)知道宇宙在膨脹，但所有人都以為宇宙的膨脹會(huì)在引力的作用下慢下來。結(jié)果卻是，引力導(dǎo)致的收縮敵不過某種推動(dòng)其膨脹的力量，這簡(jiǎn)直不可思議。
人們認(rèn)為，是空間本身固有的能量，導(dǎo)致宇宙大尺度上引力的拉動(dòng)作用被抵消。這一現(xiàn)象，通常被稱為暗能量，是空間本身并非毫無特征，并非空無一物的最強(qiáng)有力證明。也正是它，決定了我們宇宙在未來的命運(yùn)。
為了從微觀尺度上理解這個(gè)世界，人們提出了弦理論。然而至今為止，弦理論以及它的所有修訂版都與我們的現(xiàn)實(shí)世界相距甚遠(yuǎn)，沒有一個(gè)預(yù)言能夠被證明。但很多人相信，空間在極其微小的尺度上，擁有精妙的結(jié)構(gòu)。引力和量子效應(yīng)將在這個(gè)尺度上相遇。
我們感知的宇宙空間擁有三個(gè)維度，左右，前后，上下。時(shí)間的加入，使之擁有了第四個(gè)維度。但是或許，當(dāng)我們把空間放大后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在極其微小的尺度上，存在另外五個(gè)，或更多蜷曲、折疊起來的維度。這是一些我們看不到的維度。就像從遠(yuǎn)處觀察一根管子，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它只是一條線。然而當(dāng)我們靠近，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上是三維的。弦理論，以及各種試圖顛覆它的理論，都需要用到復(fù)雜的數(shù)學(xué)。而這是我們深入理解空間的必要方法。
從某些理論的角度來看，未知的相變或波動(dòng)，會(huì)在瞬間觸發(fā)空間的某一部分開始膨脹。量子波動(dòng)若被困在足夠小的尺度上，便足以影響整個(gè)宇宙。這個(gè)尺度大約是10的-44次方秒——也就是所謂的普朗克時(shí)間尺度。在這個(gè)尺度內(nèi)，時(shí)間和空間是纏繞在一起的，因此在那里，我們感受不到時(shí)間的流逝。
我們有信心追溯到宇宙的最初一納秒，我們也有部分信心，使這一時(shí)間點(diǎn)不斷接近普朗克時(shí)間尺度。但是隨后便力不從心了。因?yàn)檫@是一個(gè)被某種更為偉大、更為復(fù)雜的未知理論統(tǒng)治的尺度。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，宇宙大爆炸并不是唯一的。我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺?，只不過是物理學(xué)現(xiàn)實(shí)中的一點(diǎn)點(diǎn)微小波動(dòng)。宇宙不只有一個(gè)，而是有許多個(gè)，甚至無限多個(gè)。
在暗能量的作用下，宇宙可能會(huì)一直加速膨脹。最直接的結(jié)果，是宇宙變得越來越空曠，越來越寒冷。所有粒子最終都會(huì)衰減，一切都被無限稀釋。宇宙的結(jié)局是陷入無限的空曠，變成一個(gè)巨大無比的空曠空間。這種空曠，比今天的太空不知道還要空曠多少倍。
或許有可能，暗能量的作用會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，宇宙開始收縮，宇宙最終在大塌縮中毀滅，重新變回一個(gè)密度無限大的點(diǎn)。也有一種非常奇妙的可能，當(dāng)宇宙膨脹到一定階段，變得十分空曠后，宇宙的尺度，將會(huì)被重新調(diào)整。稀釋了的宇宙空間，會(huì)變成某種大爆炸的產(chǎn)生器。但這些都只是假說。
科學(xué)的任務(wù)是回答問題，而每當(dāng)一個(gè)問題被解答，新的問題又會(huì)涌現(xiàn)。探索是一個(gè)過程，永遠(yuǎn)不會(huì)有終點(diǎn)。人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)在幾十年間已經(jīng)有了長(zhǎng)足進(jìn)步。未來幾十年，科學(xué)家還有更多工作要去完成。
與此同時(shí)，另一個(gè)問題又?jǐn)[在我們面前，即我們的認(rèn)識(shí)是否有其檢驗(yàn)的邊界？比如說，也許弦理論的數(shù)學(xué)模型是正確的，但我們可能永遠(yuǎn)也無法在實(shí)際的觀測(cè)中對(duì)其加以檢驗(yàn)。或許只有在很遠(yuǎn)的未來，人類或人類之后的人類，才能對(duì)其有一個(gè)全面了解。
作者：馬丁·里斯（Martin Rees），劍橋大學(xué)宇宙學(xué)和天體物理學(xué)退休教授
[參閱] https://theconversation.com/what-is-nothing-martin-rees-qanda-101498
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