宇宙的結(jié)構(gòu)

劉文浩

【摘 要】在三維空間里，以任意一點為中心，無論向著什么方向前進(jìn)，都是無限遠(yuǎn)。而四維空時的時空區(qū)域比三維空間更廣。由于宇宙大爆炸和黑洞的發(fā)現(xiàn)，人們對宇宙的認(rèn)識更深入了一步。四維空時中時間一維的量是有限的，在這有限的限界之外，又有無限廣闊的時空區(qū)域。

【關(guān)鍵詞】大爆炸；宇宙門；漏洞

1 四維空時結(jié)構(gòu)

在四維空時結(jié)構(gòu)中，愛因斯坦的宇宙模型是科學(xué)的，其要點有三，即：無邊、有限、靜態(tài)。

對于無邊比較好理解。在三維空間里，以任意一點為中心，無論向著什么方向前進(jìn)，都是無限遠(yuǎn)。這就是說三維空間是無邊的。

因為三維空間是無邊的，所以，愛因斯坦宇宙模型中的有限，不能到三維空間里去尋找，而只能到四維空時的時間一維之中去尋找。為了理解時間一維，我們從“現(xiàn)在”說起。

時間由過去、現(xiàn)在、未來構(gòu)成的連續(xù)不斷的系統(tǒng)表現(xiàn)出來。大家知道過去與未來的量都是無限的，那么，在過去與未來之間有沒有現(xiàn)在呢？現(xiàn)在有沒有量呢？應(yīng)該說，現(xiàn)在有一定的量。現(xiàn)在的量也就是時間一維的量。這個量是有限的。

在古典物理學(xué)中，同時性是絕對的。絕對的同時，其時間長度是無窮小，而無窮小是不能單獨存在的。在狹義相對論中，同時性是相對的。這就是說，同時不是絕對的同時，而是指同一段時間。既然是一段時間當(dāng)然有一定的量，該量大于無窮小，但卻有限。

若有限當(dāng)然會有限界，若沒有限界豈不成了無限。宇宙的限界有兩個，這就是四維空時中時間一維的兩個限界。時間可分為三段：過去、現(xiàn)在與未來。在現(xiàn)在與過去的交界處是一個限界，而在現(xiàn)在與未來的交界處是另一個限界。這兩個限界就像一枚無限大的硬幣的兩個面。如果有的物質(zhì)沖出了這兩個限界，那么它就沖出了我們所在的宇宙。

在發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸后，人們就認(rèn)識到物質(zhì)有沖出我們所在的宇宙的可能。若在三維空間發(fā)生宇宙大爆炸，那么，大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)不可能沖出我們所在的宇宙，它們無論飛多遠(yuǎn)，飛多高，都仍然在我們所在的宇宙之中。

大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)從哪里能飛離我們所在的宇宙呢？這要看我們所在的宇宙有沒有出口。這恰如一所房子，只能從房門出入。宇宙的門在哪里呢？宇宙的門有兩個，就是現(xiàn)在與過去的交界處與現(xiàn)在與未來的交界處這兩個限界。若在宇宙的這兩個限界處發(fā)生宇宙大爆炸，就可能炸開一個洞，有些物質(zhì)就可以從這個洞沖出去。若沖出去的物質(zhì)少，可能成為散兵游勇；若沖出去的物質(zhì)多，可能成為新的宇宙。若從現(xiàn)在與過去的交界處沖出去，那它就進(jìn)入了過去的時空區(qū)域；若從現(xiàn)在與未來的交界處沖出去，那它就進(jìn)入了未來的時空區(qū)域。

因宇宙大爆炸產(chǎn)生了新的宇宙，所以從宏觀來說宇宙就不僅僅是四維的了，就是多維的了。究竟發(fā)生了多少次宇宙大爆炸，產(chǎn)生了多少個新的宇宙，這有待進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。

新的宇宙在什么地方呢？從時間的角度講，我們所在的位置就是，在過去、現(xiàn)在與未來之中的“現(xiàn)在”的位置，而新的宇宙就在過去的時空區(qū)域或者未來的時空區(qū)域。

有的天文學(xué)家估計宇宙的年齡約為138.2億年。人們要問138.2億年之前有沒有宇宙呢？如果他們這種說法屬實的話，那么，我們所在的宇宙就是從其他宇宙中派生出來的。

2 時間中的過去、現(xiàn)在與未來

愛因斯坦的宇宙模型中的靜態(tài)是指什么呢？

時間之箭不是從過去無限遠(yuǎn)的地方馳來，也不是向著未來無限遠(yuǎn)的地方飛去。宇宙是如此之大，沒有什么力量能推動它從無限遠(yuǎn)的地方馳來又推動它向著無限遠(yuǎn)的地方飛去。時間與距離是不同的，時間過上一萬年，宇宙也未必移動一公里。愛因斯坦的宇宙模型中的靜態(tài)是指，時間雖然不斷流失，但宇宙的位置并沒有移動。

時間的量是如何積累的呢？舊事物的不斷消失，使過去有了無窮的量；而新事物的不斷產(chǎn)生，也使未來有了無窮的量。也就是說，宇宙過去的無限多的時間，是由過去的新舊事物的轉(zhuǎn)化而積累起來的；宇宙未來的無限多的時間，將由未來的新舊事物的轉(zhuǎn)化而積累起來。時間的量無論積累多少，宇宙的位置并不會移動。

宇宙間不斷有舊事物消失，也不斷有新事物產(chǎn)生。那么，舊事物到哪里去了？新事物從何而來？

宇宙過去的時間是無限的，過去的一切事物先后都已消失，舊事物留在過去了沒有？沒有。過去已經(jīng)沒有物質(zhì)了。那么，舊事物究竟哪里去了呢？舊事物變?yōu)槠渌问降奈镔|(zhì)留在了四維空時內(nèi)。

宇宙未來的時間也是無限的，未來將先后出現(xiàn)無限多的事物。但是，未來只是物質(zhì)未來的存在形式，現(xiàn)在那里還沒有物質(zhì)。在沒有物質(zhì)的地方，能產(chǎn)生新事物嗎？不可能。

新事物究竟從哪里來呢？只能來自四維空時中現(xiàn)有的物質(zhì)本身。

當(dāng)然，舊事物要轉(zhuǎn)化為新事物。這里要思考的是，當(dāng)舊事物轉(zhuǎn)化為新事物的一瞬間，二者是同時同地存在的。在二者轉(zhuǎn)化的這一瞬間，新事物從何而來，舊事物到何處去？

新事物不是來自沒有物質(zhì)的未來，舊事物也沒有留在沒有物質(zhì)的過去，四維空時的內(nèi)層才是舊事物的歸宿，才是新事物的出生地。

現(xiàn)在的物質(zhì)就是物質(zhì)的全部，現(xiàn)在的宇宙就是宇宙的全部。因此，宇宙的過去與未來可以容納物質(zhì)。

每一個宇宙的時間一維是極短的，或者說每一個宇宙的“現(xiàn)在”的時間是極短的，而過去與未來的時間卻都無限長，因而無論是在過去的時空區(qū)域還是在未來的時空區(qū)域，都可容納無限個宇宙。

3 另類黑洞

黑洞是如何產(chǎn)生的呢？有的物理學(xué)家認(rèn)為，黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。本文所說的黑洞不是引力坍縮產(chǎn)生的黑洞，而是另類黑洞。

人們發(fā)現(xiàn)，在宇宙大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)飛離我們遠(yuǎn)去。這里須要注意的是，在四維空時的時間一維的兩個限界處也會發(fā)生宇宙大爆炸，在這種宇宙大爆炸中所產(chǎn)生的物質(zhì)去了什么地方呢？在這兩個限界處發(fā)生的宇宙大爆炸，炸開了一個洞，有些物質(zhì)可以從這個洞沖出去，也就是沖出我們所在的宇宙。

此后，宇宙大爆炸所炸開的洞并不會立即合攏，還會有物質(zhì)從該洞出去，可以說黑洞是一個漏洞。該洞的外部是真空時空區(qū)域或者是接近真空的時空區(qū)域，這一時空區(qū)域的范圍無限大。這樣的時空區(qū)域也會吸引我們所在的宇宙中的物質(zhì)，這與黑洞有相似之處。

黑洞的定義是：由一個只允許外部物質(zhì)和輻射進(jìn)入而不允許物質(zhì)和輻射從中逃離的邊界即視界所規(guī)定的時空區(qū)域。通常人們所說的黑洞，實際上是個黑星球。

黑洞的特點是什么呢？黑洞是一種引力非常強(qiáng)的星體，即便是光也逃脫不掉其吸引。當(dāng)恒星縮小，縮致其半徑小于史瓦西半徑時，就連垂直表面發(fā)射的光都逃不掉了，于是該恒星成了黑洞。只要是靠近黑洞的物質(zhì)，包括光以及任何形式的能量波，都會因為黑洞巨大的引力而逃脫不掉。宇宙大爆炸所炸開的洞也有這種特點。有時有些物質(zhì)可能從這個洞漏出去。

[責(zé)任編輯：王楠]